A galaxishalmazok a legkiterjedtebb kozmikus gravitációs rendszerek csoportja, amelyek háromszáz-ezer galaxisból, hatalmas mennyiségű rendkívül forró gázból és nagy mennyiségű sötét anyagból állnak. Ezekkel a kozmikus titánokkal a tudósok nyomon követik a galaxisok, a csillagok és a fekete lyukak evolúcióját, valamint az univerzum tágulását évmilliárdokon keresztül.A NASA Chandra X-ray Obszervatóriuma számos galaxishalmazt vizsgált. Ennek során 100 millió fokos hőmérsékletű gázt észlelt. Ez a forró gáz a halmazok közepén elhelyezkedő szupermasszív fekete lyuk energiájával kombinálva buborékok, hullámok és más furcsa alakzatok képződéséért felelős. Ezen alakzatok jobb megértése érdekében a csillagászok feltaláltak egy új, X-aritmetika néven ismert módszert. Ez a módszer segít feltárni e jellemzők valódi természetét azáltal, hogy világosabb és hatékonyabb módszert biztosít az adatokból kevésbé nyilvánvaló röntgenadatok elemzésére. Ezért lehetővé teszi a csillagászok számára, hogy mélyebbre ássák a galaxishalmazokat formáló energetikai eseményeket.
A galaxishalmazok hatalmas és titokzatos természete
A galaktikus halmazok hatalmas kozmikus rendszerek, amelyek egyenként néhány ezer galaxist tartalmaznak. Fő alkotóelemük nem csillagok és nem galaxisok, hanem rendkívül forró gáz, amely röntgenfényt bocsát ki. Ennek a forró gáznak a tömege jellemzően ötször akkora, mint a galaxisok tömege. Ami még meglepőbb, hogy a halmaz teljes tömegének körülbelül 80 százaléka sötét anyag, egy láthatatlan anyag, amely nem bocsát ki fényt, de erős gravitációs hatással bír.Óriási méretük és összetett szerkezetük miatt a galaxishalmazok alapvető nyomokat rejtenek az univerzumhoz. Betekintést nyújtanak a csillagászoknak abba, hogyan halmozódik fel az anyag, hogyan jönnek létre a galaxisok, és hogyan változnak a kozmikus struktúrák az idő múlásával.
Chandra röntgenlátása forró gázt és rejtett tevékenységet észlel
A galaxishalmazok titkainak feltárásában az egyik legjelentősebb közreműködő a NASA Chandra X-ray Obszervatóriuma, amely 1999-ben állt pályára. Kifinomult detektorainak köszönhetően a rendkívül forró gázok, amelyek hőmérséklete eléri a több millió fokot, kimutathatók a tudósok számára. Ez a gáz, amely a galaxisok közepén található, az egész halmazt ellenőrzés alatt tartja azáltal, hogy megmutatja a benne történt múltbeli események nyomait.Valójában a legtöbb galaxishalmaz középpontjában szupermasszív fekete lyukak találhatók. Ezek a fekete lyukak olyan körülményeket idézhetnek elő, amikor erőteljes robbanások történnek, amelyek nagy energiájú részecskék sugarait bocsátják ki. Ezek a fúvókák, amikor belépnek a környező gázba, nyomás alatt nagy buborékokat hoznak létre, amelyek kifelé tágulnak, és robbanást eredményeznek. A buborékok mellett Chandra azt is megállapította, hogy a robbanásszerű események íveket, gyűrűket, kampókat és csóvaszerű mintákat hoztak létre. Bár ezeknek a formáknak a modelljei remekül néznek ki, ez nem jelenti azt, hogy a formák okát felfedezték.
Új röntgen technológia, X-aritmetika: a jelek dekódolása
A probléma megoldására a csillagászok kifejlesztettek egy innovatív technikát, az X-aritmetikát. Ez a képfeldolgozási megközelítés sokkal nagyobb mértékben vizsgálja a röntgenadatokat, mint a korábbi módszerek. Ahelyett, hogy pusztán figyelembe venné a struktúrák megjelenését, az X-aritmetika valójában meghatározza azok fizikai alapját.Ez a módszer abból áll, hogy a röntgenadatokat két csoportra osztják: alacsony és nagy energiájú sávokra. Egy bizonyos struktúra létrehozásának folyamatát kutatják úgy, hogy olyan szerkezetet keresnek, amelynek erőssége ezeknek a halmazoknak bármelyikében megtalálható. A tudósok különböző színekkel jelzik az egyes jellemzőket:
- Rózsaszín a hanghullámokhoz és a gyenge lökésfrontokhoz
- Sárga a fekete lyukkal felfújt buborékhoz
- kék a lehűlő vagy lassan mozgó gázra
Ezeknek a színeknek a használatával egy új típusú térkép jön létre, amely megmutatja, hogyan alakítják a klasztert a különböző erők.
A tudósok galaxishalmazokon tesztelik ezt a módszert
Az X-Arithmetic csapat 15 galaxishalmazon és galaxishalmazon dolgozott. Az új fotókészletben az öt leghíresebb klaszter látható: az MS 0735+7421 és a Perseus Cluster, valamint a Virgo Cluster M87 a felső sorban és a Cygnus A és Abell 2052 az alsó sorban. Ezeket mind láttuk már, de ez az első alkalom, hogy X-aritmetikát alkalmaznak rajtuk.Az eredményeket számítógépes szimulációkkal összehasonlítva a kutatók rájöttek, hogyan áramlik az energia ezekben az óriási rendszerekben. Ez az új technika hasznos az elméleti modellek és a megfigyelési adatok közötti szakadék áthidalásakor.
Megtanulják, hogyan hat a fekete lyuk robbanása a környezetre
Még mindig sok rejtély övezi a galaxishalmazokban lévő szupermasszív fekete lyukak viselkedését. A tudósok kíváncsian várják, hogy ezek a fekete lyukak mennyi energiát adnak ki a környező gázba, és milyen időközönként történnek ezek a robbanások. Az ilyen robbanások drámai hatással vannak a halmazra: megakadályozzák a gáz túl gyors lehűlését, és segítik az új csillagok születését.Az X-aritmetikai technikák hosszú utat tettek meg ennek a rejtélynek a megoldásában, és a tudósokat a jelenségek megértésének küszöbére juttatták. A fekete lyukak tevékenysége által létrehozott minták végső valóságának feltárásában, ami viszont világosabb képet ad, ez a módszer kétségtelenül segít a világegyetem legnagyobb objektumait meghatározó erők lehatárolásában.
