Astronomen die gegevens van NASA's Chandra X-Ray Observatory en andere telescopen gebruiken, hebben een gedetailleerde kaart samengesteld van een zeldzame botsing tussen vier clusters van sterrenstelsels. Uiteindelijk zullen alle vier de clusters - elk met een massa van minstens enkele honderden biljoenen keren die van de zon - samensmelten tot een van de meest massieve objecten in het universum.

Clusters van sterrenstelsels zijn de grootste structuren in de kosmos die door de zwaartekracht bij elkaar worden gehouden. Clusters bestaan ​​uit honderden of zelfs duizenden sterrenstelsels ingebed in heet gas, en een nog grotere hoeveelheid onzichtbare donkere materie bevatten. Soms botsen twee clusters van sterrenstelsels, zoals in het geval van de Bullet Cluster, en soms botsen er meer dan twee tegelijk.

De nieuwe waarnemingen laten zien dat een megastructuur wordt geassembleerd in een systeem genaamd Abell 1758, ongeveer drie miljard lichtjaar van de aarde verwijderd. Het bevat twee paar botsende clusters van sterrenstelsels die op weg zijn naar elkaar. Wetenschappers herkenden Abell 1758 voor het eerst als een clustersysteem met viervoudige sterrenstelsels in 2004 met behulp van gegevens van Chandra en XMM-Newton, een satelliet die wordt beheerd door de European Space Agency (ESA).

Elk paar in het systeem bevat twee clusters van sterrenstelsels die goed op weg zijn om samen te smelten. In het noordelijke (bovenste) paar dat te zien is in de samengestelde afbeelding, de centra van elk cluster zijn elkaar al een keer gepasseerd, ongeveer 300 tot 400 miljoen jaar geleden, en zal uiteindelijk weer rondzwaaien. Het zuidelijke paar onderaan de afbeelding heeft twee clusters die elkaar voor het eerst dicht benaderen.

Röntgenstralen van Chandra worden weergegeven als blauw en wit, met een vagere en helderdere diffuse emissie, respectievelijk. Dit nieuwe samengestelde beeld bevat ook een optisch beeld van de Sloan Digital Sky Survey. De Chandra-gegevens onthulden voor het eerst een schokgolf - vergelijkbaar met de sonische knal van een supersonisch vliegtuig - in heet gas dat zichtbaar was met Chandra bij de botsing van het noordelijke paar. Van deze schokgolf, onderzoekers schatten dat twee clusters ongeveer twee miljoen tot drie miljoen mijl per uur bewegen (drie tot vijf miljoen kilometer per uur), ten opzichte van elkaar.

Chandra-gegevens geven ook informatie over hoe elementen zwaarder dan helium, de "zware elementen, " in melkwegstelsels raken clusters verwisseld en herverdeeld nadat de clusters botsen en samensmelten. Omdat dit proces afhangt van hoe ver een fusie is gevorderd, Abell 1758 biedt een waardevolle case study, aangezien de noordelijke en de zuidelijke clusterparen zich in verschillende stadia van versmelting bevinden.

In het zuidelijke paar, de zware elementen komen het meest voor in de centra van de twee botsende clusters, waaruit blijkt dat de oorspronkelijke locatie van de elementen niet sterk is beïnvloed door de aanhoudende botsing. Daarentegen, in het noordelijke paar, waar de botsing en fusie verder is gevorderd, de locatie van de zware elementen is sterk beïnvloed door de aanvaring. De hoogste abundanties worden gevonden tussen de twee clustercentra en aan de linkerkant van het clusterpaar, terwijl de laagste abundanties zich in het midden van de cluster aan de linkerkant van de afbeelding bevinden.

Botsingen tussen clusters beïnvloeden zowel hun samenstellende sterrenstelsels als het hete gas dat hen omringt. Gegevens van de 6,5 meter lange MMT-telescoop in Arizona, verkregen als onderdeel van de Arizona Cluster Redshift Survey, laten zien dat sommige sterrenstelsels veel sneller bewegen dan andere, waarschijnlijk omdat ze van de andere sterrenstelsels in hun cluster zijn weggeslingerd door de zwaartekracht die door de botsing is veroorzaakt.

Het team gebruikte ook radiogegevens van de Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT), en röntgengegevens van ESA's XMM-Newton-missie.

Een paper waarin deze laatste resultaten worden beschreven door Gerrit Schellenberger, Larry David, Ewan O'Sullivan, Jan Vrtilek (allen van Center for Astrophysics | Harvard &Smithsonian) en Christopher Haines (Universidad de Atacama, Chili) werd op 1 september gepubliceerd, 2019 nummer van The Astrofysisch tijdschrift , en is online beschikbaar.