Astronomer har upptäckt den största kända moln av energirika partiklar som omger en galaxhop – med en utsträckning på nästan 20 miljoner ljusår. Upptäckten utmanar långvariga teorier om hur partiklar behåller sin energi över tid. Istället för att drivas av närliggande galaxer verkar denna vidsträckta region drivas av gigantiska chockvågor och turbulens som rör sig genom den heta gasen mellan galaxerna.
Resultaten av den nya studien, som leds av forskare vid Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA), presenterades idag vid en presskonferens vid American Astronomical Society (AAS 2025) 246:e möte i Anchorage, Alaska. Artikeln har skickats in till The Astrophysical Journal och finns tillgänglig på arXiv preprint server.
PLCK G287.0+32.9 ligger 5 miljarder ljusår från jorden och är en massiv galaxhop som har väckt astronomernas intresse sedan den upptäcktes 2011. Tidigare studier upptäckte två ljusa reliker – gigantiska chockvågor som lyser upp klustrets kanter. Men de missade den omfattande, svaga radiostrålningen som fyller utrymmet mellan dem. Nya radiobilder avslöjar att hela klustret är omgivet av ett svagt radioljus, nästan 20 gånger så stort som Vintergatan, vilket tyder på att något mycket större och kraftfullare är i görningen.
”Vi förväntade oss ett par ljusa reliker i klustrets kanter, vilket skulle ha stämt överens med tidigare observationer, men istället fann vi att hela klustret lyser i radioljus”, säger huvudförfattaren, Dr Kamlesh Rajpurohit, astronom vid Smithsonian vid CfA. ”En så stor moln av energirika partiklar har aldrig observerats i denna galaxkluster eller någon annan.” Den tidigare rekordhållaren, Abell 2255, sträcker sig över cirka 16,3 miljoner ljusår.
Djupt inne i klustrets centrala region upptäckte teamet en radiohalo med en diameter på cirka 11,4 miljoner ljusår, den första av sin storlek som observerats vid 2,4 GHz, en radiofrekvens där halor av denna storlek vanligtvis inte är synliga. Fynden väcker frågor för teamet eftersom de ger starka bevis för förekomsten av kosmiska strålningselektroner och magnetfält som sträcker sig till klustrets periferi. Det är dock fortfarande oklart hur dessa elektroner accelererade över så stora avstånd.
”Mycket utsträckta radiohalor är oftast bara synliga vid lägre frekvenser eftersom elektronerna som producerar dem har förlorat energi – de är gamla och har svalnat med tiden”, säger Rajpurohit. ”Med upptäckten av denna enorma halo ser vi nu radiostrålning som sträcker sig hela vägen mellan de gigantiska chockvågorna och bortom, och fyller hela klustret.
Det tyder på att något aktivt accelererar eller återaccelererar elektronerna, men ingen av de vanliga misstänkta faktorerna stämmer. Vi tror att gigantiska chockvågor eller turbulens kan vara orsaken, men vi behöver fler teoretiska modeller för att hitta ett definitivt svar.”
Upptäckten ger forskarna ett nytt sätt att studera kosmiska magnetfält – en av de stora olösta frågorna inom astrofysiken – som kan hjälpa forskarna att förstå hur magnetfält formar universum i stor skala.
”Vi börjar se universum på ett sätt som vi aldrig kunnat tidigare”, säger Rajpurohit. ”Och det innebär att vi måste ompröva hur energi och materia rör sig genom dess största strukturer.”
Observationer med NASA:s röntgenobservatorium Chandra, som drivs av Smithsonian Astrophysical Observatory, avslöjar en lådaformad struktur, en kometliknande svans och flera andra distinkta drag i klustrets heta gas, vilket tyder på att klustret är mycket störd.
Några av dessa röntgenegenskaper sammanfaller med radiodetekterade strukturer, vilket tyder på gigantiska chocker och turbulens som drivs av fusioner som accelererar eller återaccelererar elektroner. I klustrets centrum kan några av dessa egenskaper orsakas av en fusion av två mindre galaxkluster, eller av utbrott från ett supermassivt svart hål, eller båda.
Mer information: K. Rajpurohit et al, Radial Profiles of Radio Halos in Massive Galaxy Clusters: Diffuse Giants Over 2 Mpc, arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2505.05415
