Астрофизики выяснили, как плазменные потоки ускоряются до околозвуковых скоростей на периферии скоплений галактик

Астрофизики изучили магнитно-термическую нестабильность (MTI) в разреженной горячей плазме на периферии скоплений галактик. Эта нестабильность возникает из-за переноса тепла вдоль магнитных полей и может приводить к развитию крупномасштабных конвективных движений. Предыдущие работы показали, что насыщение MTI зависит от устойчивой стратификации энтропии в спокойной атмосфере.

Однако наблюдения внешних областей скоплений, вблизи вириального радиуса R500, указывают на то, что радиальные профили энтропии там более плоские, чем предсказывают модели плавного гравитационного аккреционного потока. Это побудило ученых исследовать насыщение MTI в адиабатических (нейтрально плавучих) атмосферах с помощью феноменологических подходов и численного моделирования Буссинеска с псевдоспектральным кодом SNOOPY.

В статье, опубликованной в архиве препринтов arXiv, авторы обнаружили, что адиабатическая MTI насыщается в состоянии, характеризующемся образованием крупномасштабных струй, которые затем разрушаются из-за неустойчивости сдвига. Для этого режима выведено новое масштабирование насыщенной турбулентной кинетической энергии: она пропорциональна произведению эффективной температуропроводности (?) и частоты MTI (?_T).

Это означает, что по мере приближения к адиабатическому пределу струи MTI могут достигать околозвуковых скоростей на окраинах скоплений. Такие скорости обеспечивают значительное давление турбулентности, способное поддержать газ в условиях подавленной теплопроводности. Результаты помогают лучше понять механизмы перемешивания и нагрева в крупнейших гравитационно связанных структурах Вселенной.

Исследование вносит вклад в объяснение наблюдаемой турбулентности в периферийных областях скоплений галактик. Полученное масштабирование может быть проверено в более реалистичных численных моделях и при анализе данных будущих рентгеновских обсерваторий.