(English follows Dutch)

Een internationaal team van sterrenkundigen, onder wie SRON-wetenschapper Hiroki Akamatsu, heeft een van de grootste kosmische schokgolven die zichtbaar zijn vanaf de aarde scherper dan ooit in beeld gebracht. Deze gigantische schokgolven, die tientallen malen groter zijn dan onze Melkweg, ontstaan wanneer clusters van sterrenstelsels op elkaar botsen. Na de oerknal zijn dit de meest energierijke verschijnselen in het heelal.

De sterrenstelsels in ons universum zijn niet evenredig over het heelal verdeeld maar zijn geconcentreerd in grote structuren. De grootste daarvan bevatten duizenden sterrenstelsels en worden ‘clusters van sterrenstelsels’ genoemd. Soms beginnen twee clusters elkaar aan te trekken als gevolg van de zwaartekracht, onvermijdelijk leidend tot een botsing. Botsingen van deze clusters zijn de meest energierijke verschijnselen in het universum na de oerknal, en ze kunnen spectaculair vuurwerk veroorzaken dat we kunnen waarnemen met moderne radiotelescopen.

Wanneer twee van deze clusters botsen ontstaan twee enorme schokgolven die door het nieuw samengesmolten cluster heen trekken, vergelijkbaar met de supersonische knallen van vliegtuigen die door de geluidsbarrière gaan. Een internationaal team van sterrenkundigen heeft twee van deze schokgolven nu gedetailleerder dan ooit bestudeerd, en wel in het cluster Abell 3667, ontstaan door een botsing van twee enorm uitgestrekte clusters meer dan een miljard jaar geleden.

‘Deze structuren herbergen veel verrassingen en zijn complexer dan we aanvankelijk dachten,’ zegt eerste auteur Francesco de Gasperin (University of Hamburg en INAF). ‘De schokgolven werken als gigantische deeltjesversnellers die elektronen versnellen tot bijna de lichtsnelheid. Wanneer deze versnelde elektronen door een magnetisch veld bewegen, zenden ze radiogolven uit die we kunnen waarnemen. De schokgolven bevatten een complex patroon van heldere filamenten, draadvormige slierten, die de locatie van de enorm uitgestrekte magnetische veldlijnen aangeven, alsmede de regio’s waar de elektronen worden versneld.’

Deze schokgolven planten zich nog steeds voort in het nieuw gevormde cluster met snelheden van 1.500 km per seconde. Een vliegtuig zou met deze snelheid slechts 27 seconden nodig hebben om rond de aarde te vliegen. Ook de afmetingen van de grootste schokgolf zijn indrukwekkend: hij strekt zich uit over het gehele cluster, wat neerkomt op 6,5 miljoen lichtjaar. Onze Melkweg is meer dan zestig keer kleiner dan deze schokgolf.

De waarnemingen zijn gedaan met de nieuwe MeerKAT-telescoop in Zuid-Afrika. Deze telescoop bestaat uit 64 aparte radioschotels met een diameter van 13,5 meter, verdeeld over een gebied van vier kilometer.

Publicatie

Het onderzoek verschijnt 23 februari in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics.

Onderschrift header image: Het cluster Abell 3667. Individuele sterrenstelsels zijn in deze afbeelding te klein om te kunnen onderscheiden. De witte kleur geeft de verspreiding aan van het gas in de ruimte binnen de sterrenstelsels van het cluster. De rode structuren geven de twee grote schokgolven weer die zijn ontstaan tijdens de vorming van het cluster.

Onderschrift onderste afbeelding: Wanneer we inzoomen op de grootste van de twee schokgolven zien we duidelijk de complexe sliertvormige structuur. De meeste van de sterrenstelsels die we hier zien, behoren niet tot het cluster maar bevinden zich op de voor- of achtergrond. We zien ook de afmetingen van onze Melkweg als die zich op dezelfde afstand van de schokgolf zou bevinden.

Fast and furious: A shock wave that extends for 6.5 million light years

An international team of astronomers made the most detailed images of the largest cosmic shock wave visible from earth. These gigantic shock waves are much larger than our entire galaxy and they form when clusters of galaxies collide in what are the most energetic events after the Big Bang.

Our Universe is populated by galaxies that are not uniformly spread but concentrated in vast structures. The largest ones contain thousands of galaxies and are called “galaxy clusters”. Sometimes, two galaxy clusters start attracting each other via the force of gravity leading to an inevitable collision. Collisions of galaxy clusters are the most powerful events that occur in our Universe since its formation and they can generate spectacular “fireworks” that we can observe using modern radio telescopes.

When two galaxy clusters collide, we can witness the propagation of a pair of gigantic shock waves through the newly formed cluster, similar to the sonic booms from supersonic aircraft. An international team of astronomers made the most detailed study of such cosmic shock waves that were generated during the collision of two massive galaxy clusters more than a billion years ago, forming the galaxy cluster called Abell 3667.

‘These structures are full of surprises and much more complex than what we initially thought,’ says Francesco de Gasperin (University of Hamburg and INAF) lead author of the study. ‘The shock waves act as giant particle accelerators that accelerate electrons to speeds close to the speed of light. When these fast electrons cross a magnetic field they emit the radio waves that we see. The shocks are threaded by an intricate pattern of bright filaments that trace the location of giant magnetic field lines and the regions where electrons are accelerated.’

These shock waves are still propagating through the newly formed galaxy cluster at the very high speed of 1,500 km/s, corresponding to a Mach number of 2.5. The size of the main shock wave is impressive, spanning the entire width of the galaxy cluster for a total size of 6.5 million light years. For comparison, the Milky Way, the galaxy we live in, is more than 60 times smaller than this shock wave.

The observations were carried out using the novel MeerKAT radio telescope, located in South Africa. This telescope consists of 64 individual radio dishes that are 13.5 m in diameter and that are distributed over an area of 4 kilometers.

Publication

The research appears on 23 February in the journal Astronomy & Astrophysics.

The massive galaxy cluster Abell 3667. Individual galaxies are too small to be distinguished in this image. The white smooth color shows the distribution of the gas that permeates the space within the galaxies of this galaxy cluster. The red structures trace the two big shock waves that were generated during the formation of the galaxy cluster.

A zoom-in on the largest of the two shock waves, where the complex filamentary structure is evident. Most of the visible galaxies are not part of the cluster, being either in the background or in front of it. The size of the Milky Way if it was at the same distance of the shock wave is also shown.