Radio Relikte im verschmelzenden Galaxienhaufen PSZ2 G200.95-28.16

Im riesigen Universum gibt's Gruppen von Galaxien, die durch Gravitation zusammengehalten werden, bekannt als Galaxienhaufen. Manchmal kollidieren diese Haufen und verschmelzen. Wenn das passiert, entsteht etwas ziemlich Spektakuläres: Radiorelikte. Das sind riesige, leuchtende Bögen von Radiowellen, die am Rand dieser verschmelzenden Haufen erscheinen. Denk an sie wie an kosmische Graffiti, die von den energischen Ereignissen der turbulenten Geschichte eines Galaxienhaufens hinterlassen wurden.

Heute schauen wir uns einen solchen verschmelzenden Haufen mit dem Namen PSZ2 G200.95-28.16 an. Dieser Haufen ist im Vergleich zu seinen Nachbarn eher klein, hat aber drei interessante Radiorelikte. Unser Forschungsteam hat fortschrittliche Radioteleskope eingesetzt, um neue Daten zu sammeln, gekoppelt mit Röntgenbeobachtungen, um zu verstehen, was bei diesem kosmischen Tanz abgeht.

#Was sind Radiorelikte?

Stell dir die Folgen eines Autounfalls vor. Das Geräusch von verformtem Metall und zerstreutem Glas ist ähnlich den Schockwellen, die während einer Verschmelzung von Galaxienhaufen erzeugt werden. Wenn diese Haufen kollidieren, erzeugen sie Schocks, die kosmische Strahlen beschleunigen – winzige Teilchen, die nahe der Lichtgeschwindigkeit reisen. Wenn diese energetischen Teilchen mit Magnetfeldern im Haufen interagieren, senden sie Radiowellen aus und bilden Radiorelikte.

Radiorelikte haben eine charakteristische bogenartige Form und sind oft polarisiert, was bedeutet, dass ihr Licht eine bevorzugte Oszillationsrichtung hat. Sie sind wichtige Hinweise, die Wissenschaftlern helfen, die energetischen Prozesse während der Verschmelzungen von Galaxienhaufen zu verstehen.

#Der Haufen PSZ2 G200.95-28.16

PSZ2 G200.95-28.16 ist ein spannender niedermassiger Galaxienhaufen im Kosmos. Er wurde zuerst vom Planck-Satelliten entdeckt und später mit Röntgendaten bestätigt. Dieser Haufen ist besonders aufregend, weil er nicht eins, nicht zwei, sondern drei Radiorelikte enthält – jedes erzählt eine einzigartige kosmische Geschichte.

Wir haben das auffälligste Relikt "Seahorse" (Seepferdchen) genannt, wegen seiner markanten Form. Die anderen beiden Relikte werden als R2 und R3 bezeichnet.

#Neue Beobachtungen

Um mehr über PSZ2 G200.95-28.16 zu erfahren, haben wir fortschrittliche Radioteleskope genutzt: das Upgraded Giant Metrewave Radio Telescope (uGMRT) und das MeerKAT-Teleskop. Wir haben Beobachtungen bei verschiedenen Frequenzen gemacht – 400 MHz, 650 MHz und 1283 MHz. Ausserdem haben wir Daten vom Chandra-Röntgenobservatorium verwendet, um unsere Forschung zu vertiefen.

In unseren Bildern fanden wir die grössten Grössen der drei Relikte: 1,53 Mpc für Seahorse, 1,12 kpc für R2 und 340 kpc für R3. Polarisationmessungen zeigten, dass alle drei Relikte bei 1283 MHz polarisiert sind, was weitere Einblicke in ihre Struktur gibt.

#Die einzigartigen Merkmale der Radiorelikte

#Seahorse

Das Seahorse ist der Star der Show, sticht durch seine einzigartige Morphologie hervor. Es hat einen gebogenen Kopf, einen Körper mit einer Einkerbung und einen langen Schwanz. Die Helligkeit dieses Relikts deutet darauf hin, dass es das Ergebnis intensiver energetischer Prozesse ist, möglicherweise verbunden mit Schocks aus dem verschmelzenden Haufen.

Interessanterweise zeigt das Seahorse Anzeichen einer spektralen Abflachung in Richtung des Haufenmittelpunkts, was auf die Richtung der Verschmelzungsstösse hinweist. Wir schätzten die Mach-Zahl, ein Mass für die Schockstärke, auf etwa 2,5.

#R2

R2 ist komplizierter. Es hat zwei Strukturen: einen hellen diffusen Bereich und einen schwächeren Filament. Als wir R2 genauer betrachteten, bemerkten wir Helligkeitsvariationen zwischen den verschiedenen Frequenzbändern, was darauf hindeutet, dass seine wahre Natur komplexer ist als es zunächst aussieht.

Die geschätzte Mach-Zahl für R2 liegt bei etwa 3,5, was darauf hinweist, dass es auch von starken Schocks beeinflusst wird.

#R3

Schliesslich haben wir R3, das kleinste der drei Relikte. Es ähnelt einem umgekehrten Bogen und befindet sich in der nordwestlichen Region des Haufens.

Obwohl R3 nicht so hell ist wie Seahorse oder R2, liefert es trotzdem wertvolle Einblicke in die Dynamik des Haufens.

#Polarisationmessungen

Eine der interessanten Eigenschaften dieser Radiorelikte ist ihre Polarisation. Unsere Analyse zeigte, dass alle drei Relikte lineare Polarisation aufweisen, was gute Neuigkeiten für das Verständnis ihrer Magnetfelder ist.

Das Seahorse hatte eine durchschnittliche Polarisation von etwa 15%, wobei sich die elektrischen Feldvektoren entlang der Struktur des Relikts ausrichteten. R2 zeigte eine ähnliche Ausrichtung, während R3 aufgrund seiner schwachen Natur eine weniger klare Verteilung des Magnetfeldes hatte.

#Die Rolle der Röntgenstrahlen

Neben unseren Radiobeobachtungen haben wir Röntgendaten verwendet, um ein umfassendes Bild des verschmelzenden Haufens zu erhalten. Die Röntgen-Oberflächenhelligkeitskarte offenbarte zwei prominente Subhaufen, die Regionen intensiver Hitze und Aktivität sind.

Allerdings haben wir festgestellt, dass die Radiorelikte nicht senkrecht zur erwarteten Verschmelzungsachse ausgerichtet sind, was wir normalerweise in anderen Haufen sehen. Tatsächlich haben wir an den Orten, wo die Relikte gefunden werden, keine Schocks detektieren können. Diese Widersprüche werfen Fragen über die Verschmelzungs-Historie von PSZ2 G200.95-28.16 auf.

#Mögliche Szenarien und Theorien

Mit all diesen Informationen begannen wir, mögliche Szenarien zu erkunden, die die Beobachtungen erklären könnten. Eine Theorie besagt, dass die Verschmelzung sowohl axiale als auch äquatoriale Schocks produziert hat. Axiale Schocks entstehen aus der Richtung der Verschmelzung, während äquatoriale Schocks nach aussen expandieren.

Angesichts der ungewöhnlichen Positionen der Radiorelikte haben wir auch in Betracht gezogen, dass PSZ2 G200.95-28.16 eine off-axis-Verschmelzung erlebt, bei der die Haufen in einem Winkel kollidieren. Das könnte die unterschiedlichen Schockstärken und die resultierenden Strukturen der Radiorelikte erklären.

Eine weitere Möglichkeit ist, dass mehrere Verschmelzungsereignisse gleichzeitig stattfinden. Wenn dem so ist, könnten unterschiedliche Achsen der Verschmelzung zu den beobachteten Radiorelikten beitragen, aber weitere Untersuchungen sind notwendig, um das zu bestätigen.

#Der komische Radio-Ring

Während wir den Haufen untersuchten, stiessen wir in unseren uGMRT-Bildern auf einen bizarren Radioring. Dieser Ring hat eine Grösse von etwa 100 kpc und hat das Interesse der Wissenschaftler geweckt.

Er ähnelt dem, was als Odd Radio Circles (ORCs) bekannt ist – mysteriöse, runde Radiosignale, die in letzter Zeit entdeckt wurden. Auch wenn wir nicht sicher sagen können, ob das wirklich ein ORC ist, ist seine Bildung wahrscheinlich mit Interaktionen mit dem intracluster Medium während des Verschmelzungsprozesses verbunden, die Radiostrahlung anregen.

#Fazit

PSZ2 G200.95-28.16 ist ein aufregender niedermassiger Galaxienhaufen mit drei faszinierenden Radiorelikten. Durch unsere Beobachtungen konnten wir die einzigartigen Merkmale von Seahorse, R2 und R3 erfassen und Fragen zu den Dynamiken der Verschmelzung des Haufens aufwerfen.

Der Verschmelzungsprozess in diesem Haufen ist komplex und führt zu verschiedenen Radiostrahlungen, die unsere bestehenden Theorien herausfordern. Unsere Arbeit betont die Bedeutung, diese kosmischen Ereignisse weiter zu studieren, da sie wesentliche Einblicke in die Evolution des Universums bieten.

Am Ende zeigt diese Studie die faszinierenden Interaktionen im Kosmos und wie Radiorelikte als Fenster zu diesen spektakulären Ereignissen dienen. Wer hätte gedacht, dass das Universum so einen Sinn für Drama haben könnte?