Symulacje Wyjaśniają Zagadkę Kosmicznych Reliktów Radiowych

Publikacja nowego studium pod koniec roku 2025 przyniosła wyjaśnienie dla istnienia eterycznych reliktów radiowych we Wszechświecie, struktur rozciągających się na miliony lat świetlnych, które od dawna stanowiły wyzwanie dla modeli teoretycznych. Relikty radiowe powstają w wyniku fal uderzeniowych generowanych przez zderzające się gromady galaktyk, które przyspieszają elektrony do prędkości bliskich prędkości światła. Badania te, prowadzone przez zespół naukowców z Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) w Niemczech, zostały zaakceptowane do publikacji w czasopiśmie „Astronomy & Astrophysics” w listopadzie 2025 roku.

Szczegółowa analiza zjawiska opierała się na przeprowadzeniu symulacji kosmologicznych o wysokiej rozdzielczości i realizmie, z zastosowaniem podejścia wieloskalowego. Metodologia ta umożliwiła rekonstrukcję narodzin i ewolucji reliktów, koncentrując się na dynamice pojedynczej fali uderzeniowej napotykającej obszary turbulencji wewnątrz gromady. Liderem zespołu był Joseph Whittingham, badacz z AIP, który modelował procesy od skali całej gromady galaktyk aż po zachowanie pojedynczych cząstek.

W kontekście historycznym, dziesiątki tych reliktów zostały skatalogowane, lecz ich obserwowane właściwości, takie jak pola magnetyczne silniejsze niż przewidywano, pozostawały w sprzeczności z dotychczasową teorią. Kluczowe dane wymagały wyjaśnienia niespójności w pomiarach fal uderzeniowych – zbyt silne w zakresie radiowym, a zbyt słabe w rentgenowskim. Obserwacje te, wcześniej podkreślane przez instrumenty takie jak Chandra X-ray Observatory NASA i XMM-Newton ESA, stawiały pod znakiem zapytania samą możliwość istnienia tych struktur. Gromady galaktyk, największe struktury związane grawitacyjnie we Wszechświecie, uwalniają energię porównywalną z Wielkim Wybuchem podczas kolizji, co generuje te zjawiska.

Konkluzje zespołu AIP wskazują, że silne pola magnetyczne są efektem interakcji głównej fali uderzeniowej z mniejszymi falami, co generuje turbulencje kompresujące linie pola magnetycznego. Współautor badania, Christoph Pfrommer z AIP, podkreślił, że ten mechanizm wzmacnia pola magnetyczne daleko poza możliwości pojedynczej fali. Drugie kluczowe ustalenie dotyczy rozbieżności radiowo-rentgenowskiej, która zostaje wyeliminowana, ponieważ fronty uderzeniowe są niejednorodne. Najsilniejsze, zlokalizowane obszary frontu generują dominujący sygnał radiowy, podczas gdy teleskopy rentgenowskie mierzą uśrednioną globalną siłę, co wyjaśnia rozbieżności w pomiarach.

Zastosowanie podejścia wieloskalowego, łączącego symulacje kosmologiczne z symulacjami rurki uderzeniowej o wysokiej rozdzielczości, pozwoliło na zbadanie fizyki wykraczającej poza możliwości obecnych symulacji kosmologicznych. To odkrycie stanowi znaczący wkład w astrofizykę, ponieważ z powodzeniem godzi wcześniej sprzeczne dane obserwacyjne, oferując solidny model przyspieszania elektronów w tych ekstremalnych środowiskach. Badanie to umacnia fundamentalne zasady fizyki w kontekście najbardziej energetycznych zderzeń we Wszechświecie, kształtując rozumienie ewolucji największych struktur kosmicznych.