Международная группа астрономов раскрыла природу загадочного диффузного синхротронного источника в скоплении галактик Abell 523, диаметр которого достигает около трех миллионов световых лет. Для этого исследователи изучили скопление, которое находится на расстоянии 1,4 миллиарда световых лет от Земли, с помощью радиотелескопов, чтобы определить особенности в распределении потока излучения на различных частотах. Выводы и объяснения были опубликованы в препринте на сайте arXiv.
Синхротронное излучение возникает, когда заряженные частицы, перемещающиеся со скоростью, близкой к скорости света, движутся по криволинейным траекториям. Некоторые космические объекты, например, нейтронные звезды, остатки сверхновых, обладают мощными магнитными полями, искривляющими движение релятивистских электронов, протонов и заряженных ядер. Также источниками синхротронного излучения является, например, радиогало, в которых присутствуют слабые электромагнитные поля. Однако механизмы формирования этих источников до сих пор остаются загадкой.
Исследователи проанализировали данные, полученные при наблюдении радиогало Abell 523 радиоинтерферометром LOFAR (Low-Frequency Array) на частоте 120-160 Мегагерц и комплексом радиотелескопов VLA (Very Large Array) на частоте 1-2 Гигагерц. Это позволило изучить распределение спектрального индекса радиогало, который характеризует степень изменения плотности потока радиоизлучения при изменении его частоты и зависит от механизма, порождающего излучение. Ключевую роль в формировании радиогало и радиореликтов играют турбулентные процессы и ударные волны, возникающие в горячем газе при слиянии скоплений меньшего размера. Считается, что турбулентность создает первоначальную (зародышевую) популяцию высокоэнергетических электронов, формируя область синхротронного излучения, заполняющую центральную область кластера. Однако появляется все больше данных, указывающих на то, что электроны могут ускоряться благодаря ударным волнам.
Результаты наблюдений показывают, что радиогало Abell 523 на частоте 144 Мегагерц оказалось больше, чем предполагалось ранее, достигая размеров 1,8 мегапарсека в поперечнике. Спектральный индекс характеризуется значениями 1,2 (в диапазоне от 144 мегагерц до 1,4 гигагерца) и 2,1 (от 1,4 до 1,7 гигагерца). Кроме того, радиогало обладает сложной морфологией с нитевидными структурами и загадочными областями слабого излучения. Как заключают авторы, Abell 523 состоит из нескольких перекрывающихся структур с турбулентностью, порожденной первичным или даже вторичным слиянием. Хотя само гало, в целом, не является радиореликтом, некоторые отдельные области вполне могут иметь реликтовое происхождение. Радиореликты, в отличие от радиогало, сильно поляризованы, находятся на краю скопления и имеют вытянутую форму.