Wanneer de titanen van de ruimte - clusters van sterrenstelsels - botsen, buitengewone dingen kunnen gebeuren. Een nieuwe studie met behulp van NASA's Chandra X-ray Observatory onderzoekt de gevolgen nadat twee clusters van sterrenstelsels met elkaar in botsing kwamen.

Melkwegclusters zijn de grootste structuren in het heelal die door de zwaartekracht bij elkaar worden gehouden, met honderden of zelfs duizenden individuele sterrenstelsels die zijn ondergedompeld in gigantische oceanen van oververhit gas. In clusters van sterrenstelsels, de normale materie - zoals de atomen waaruit de sterren bestaan, planeten, en alles op aarde - is voornamelijk in de vorm van heet gas en sterren. De massa van het hete gas tussen de sterrenstelsels is veel groter dan de massa van de sterren in alle sterrenstelsels. Deze normale materie is in het cluster gebonden door de zwaartekracht van een nog grotere massa donkere materie.

Vanwege de enorme massa's en snelheden die ermee gemoeid zijn, botsingen en samensmeltingen tussen clusters van sterrenstelsels behoren tot de meest energetische gebeurtenissen in het heelal.

In een nieuwe studie van de melkwegcluster Abell 1775, op ongeveer 960 miljoen lichtjaar van de aarde, een team van astronomen onder leiding van Andrea Botteon van de Universiteit Leiden in Nederland heeft aangekondigd dat ze een spiraalvormig patroon hebben gevonden in Chandra's röntgengegevens. Deze resultaten impliceren een turbulent verleden voor het cluster.

Wanneer twee clusters van sterrenstelsels van verschillende grootte een grazende botsing hebben, het kleinere cluster begint door het grotere te ploegen. (Vanwege zijn superieure massa, de grotere cluster heeft de overhand als het gaat om zwaartekracht.) Terwijl de kleinere cluster er doorheen beweegt, het hete gas wordt door wrijving verwijderd. Dit laat een kielzog achter, of staart, die achter het cluster loopt. Nadat het centrum van het kleinere cluster het centrum van het grotere is gepasseerd, het gas in de staart begint minder weerstand te ondervinden en schiet voorbij het centrum van zijn cluster. Dit kan ervoor zorgen dat de staart "slingshot" wordt als deze naar de zijkant vliegt, gebogen als het zich uitstrekt weg van het centrum van de cluster.

De nieuwste Chandra-gegevens bevatten bewijs - inclusief de helderheid van de röntgenstralen en de temperaturen die ze vertegenwoordigen - voor een van deze gebogen "katapult" -staarten. Eerdere studies van Abell 1775 met Chandra en andere telescopen lieten doorschemeren, maar niet bevestigd, dat er een voortdurende botsing in dit systeem was.

Een nieuwe afbeelding van Abell 1775 bevat röntgenfoto's van Chandra (blauw), optische gegevens van de Pan-STARRS-telescoop in Hawaï (blauw, geel, en wit), en radiodata van de LOW Frequency ARray (LOFAR) in Nederland (rood). De staart is in deze afbeelding gelabeld samen met een gebied van gas met een gebogen rand, een "koud front" genoemd, " dat is dichter en koeler dan het gas waarin het ploegt. De staart en het koude front buigen allemaal in dezelfde richting, het creëren van een spiraalvormig uiterlijk. Een afzonderlijk gelabelde afbeelding toont het gezichtsveld van de Chandra-gegevens.

Astronomen ontdekten eerder dat Abell 1775 een enorme jet- en radiobron bevat, die ook te zien is in deze nieuwe samengestelde afbeelding. Deze jet wordt aangedreven door een superzwaar zwart gat in een groot elliptisch sterrenstelsel in het centrum van de cluster. Uit nieuwe gegevens van LOFAR en de Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) in India blijkt dat de radiostraal in werkelijkheid 2,6 miljoen lichtjaar lang is. Dit is ongeveer twee keer zo lang als astronomen dachten dat het eerder was en maakt het een van de langste ooit waargenomen in een cluster van sterrenstelsels. De structuur van de jet verandert abrupt wanneer deze in het gas met lagere dichtheid in het bovenste deel van het beeld komt, over de rand van het koufront, wat impliceert dat de aanrijding haar heeft beïnvloed.

Volgens de nieuwe studie de gasbewegingen in het cluster kunnen verantwoordelijk zijn voor andere structuren die zijn gedetecteerd door Abell 1775 in radiogolven te observeren, zoals twee filamenten die zich in de buurt van de oorsprong van de jet bevinden (een daarvan is gelabeld). De LOFAR- en Chandra-gegevens hebben de onderzoekers ook in staat gesteld om tot in detail de verschijnselen te bestuderen die bijdragen aan het versnellen van elektronen, zowel in de straal van dit melkwegstelsel als in de radio-emissie nabij het centrum van het grotere cluster.

Er is een alternatieve verklaring voor het uiterlijk van het cluster. Als een kleine cluster een grotere nadert, het dichte hete gas van het grotere cluster zal er door de zwaartekracht naar toe worden aangetrokken. Nadat het kleinere cluster het centrum van het andere cluster is gepasseerd, de bewegingsrichting van het clustergas keert om, en het reist terug naar het clustercentrum. Het clustergas beweegt weer door het centrum en "klotst" heen en weer, vergelijkbaar met het klotsen van wijn in een glas dat zijwaarts werd geschud. Het klotsende gas komt in een spiraalvormig patroon terecht omdat de botsing tussen de twee clusters uit het midden was.

Het Botteon-team geeft de voorkeur aan het katapultstaartscenario, maar een aparte groep astronomen onder leiding van Dan Hu van de Shanghai Jiao Tong University in China is voorstander van de klotsende verklaring op basis van gegevens van Chandra en ESA's XMM-Newton. Zowel het katapult- als het klotsende scenario hebben betrekking op een botsing tussen twee clusters van sterrenstelsels. Uiteindelijk zullen de twee clusters volledig met elkaar versmelten tot één, grotere cluster van sterrenstelsels.

Verdere observaties en modellering van Abell 1775 zijn nodig om te helpen beslissen tussen deze twee scenario's.

Een paper waarin de resultaten van het team van Botteon worden beschreven, is gepubliceerd in het tijdschrift Astronomie en astrofysica en is online beschikbaar. Het afzonderlijke werk over de "klotsende" theorie onder leiding van Dan Hu is geaccepteerd voor publicatie in The Astrofysisch tijdschrift en is ook online beschikbaar.