该图像显示了碰撞星系团Abell 399和Abell 401之间区域的光学，微波和无线电数据的复合。X射线集中在簇的位置附近，但它们之间有一个清晰的无线电桥（蓝色区域）。想象一下你能想象到的最大的宇宙撞击。以我们所知的最大的引力束缚结构为例——巨大的星系团可能包含数千个银河系大小的星系——并允许它们相互吸引和融合。有了独立的星系、恒星、气体、尘埃、黑洞、暗物质以及更多的内部物质，不仅肯定会有烟火，还会有可能不会出现在宇宙其他地方的新天体物理现象。
这些星系团中的气体可以升温、相互作用并产生冲击，从而产生惊人的高能辐射。暗物质可以穿过一切其他物质，将其引力效应与大多数正常物质分开。而且，理论上，带电粒子可以极大地加速，产生可以跨越数百万光年的相干磁场。首次在两个碰撞星团之间发现了这样一座星系间的桥梁，这对我们的宇宙有着巨大的影响。
这张钱德拉的图片显示了MACSJ0717星系团的大规模视图，其中白色框显示了可用的钱德拉/HST复合图像的视场。绿线显示了进入星系团的大尺度长丝的大致位置，表明了巨大的宇宙网和我们宇宙中的星系团之间的联系。在我们的宇宙中，并非所有的天文结构都是平等的。行星与恒星相比显得矮小，而恒星本身的规模要比太阳系小得多。组成一个像银河系那样的大星系需要数千亿个这样的星系群，而星系群和星团可能包含数千个银河系大小的星系。在最大的尺度上，这些巨大的星系团可以碰撞和合并。
早在，就有两组关于近距离星系群的观测：1E 0657-558，更广为人知的名称是子弹星系团。仅从一张光学图像就可以清楚地识别出两个密集的星系群——两个独立的星系团。
子弹星团是两个碰撞星系团的典型例子，其中观察到了关键效应。在光学中，可以清楚地看到两个附近簇（左和右）的存在。然后，您还可以做两件额外的事情来梳理出关于这个系统中正在发生的事情的额外信息。你可以做的一个物理上有趣的测量是观察图像中你能看到的所有星系的光，并确定哪些在星系团的后面(背景星系)，哪些在星系团的前面(前景星系)。
当你观察前景星系时，它们的方向应该是随机的：它们应该是圆形、椭圆形或盘状的，没有偏向任何特定方向的平均扭曲。但是如果在光的前面有一个大质量，就会有引力透镜效应扭曲背景图像。背景星系和前景星系在形状上的统计差异可以告诉你在空间的不同位置有多少质量，至少从我们的角度来看是这样。
任何背景光点的结构，无论是恒星、星系还是星系团，都会由于前景质量通过弱引力透镜的影响而被扭曲。即使有随机的形状噪声，这个签名也不会错。通过研究前景(未扭曲的)和背景(扭曲的)星系之间的差异，我们可以重建宇宙中大规模扩展对象的质量分布，比如星系团。你能做的第二件事是用x射线观察天空中完全相同的区域，在太空中使用先进的x射线天文台。美国宇航局钱德拉x射线天文台的观测足以做到这一点。钱德拉的发现令人着迷：发现了两个巨大的气团，每个气团都沿着它的主星系团运动。正如所料，有大量的气体不仅与每个星系有关，而且与整个星团有关。
但令人意想不到的是，占整个星团质量13-15%的气体竟然与引力效应分离了!不知何故，正常物质和引力效应被分开了，就好像整体质量只是直接穿过一样。这一结果被认为是暗物质存在的有力天体物理证据。
引力透镜图(蓝色)，覆盖在子弹星系团的光学和x射线数据(粉色)上。x射线的位置与推断出的质量不匹配是不可否认的。从那时起，已经发现十几个其他星系团和星团相互碰撞，每一个都表现出相同的效果。在碰撞之前，如果一个星团发射X射线，那些X射线与星团本身相关联，并且发现任何重力失真与星系和气体的位置一致。
但是在碰撞之后，X射线发射气体从物质上偏移，这意味着相同的物理学正在起作用。群集发生碰撞时：
星系在每个星团内仅占据一小部分，并直接通过，内部气体相互作用并加热，发射X射线并减速，虽然暗物质预计会占据每个星团周围的巨大光环，但也会受到万有引力的影响。在我们观察到的每个碰撞组和聚类中，都可以看到X射线气体和整体物质的相同分离。
不同碰撞星系团的x射线(粉红色)和总体物质(蓝色)图显示了正常物质和引力效应之间的清晰分离，这是暗物质存在的最有力证据之一。虽然我们进行的一些模拟表明，一些星团的移动速度可能比预期的要快，但模拟中仅包括引力，其他影响可能对气体也很重要。你可能会认为，在如此众多的独立系统中所看到的暗物质的经验证明，会动摇任何合理的怀疑论者。为了解释引力透镜信号与物质的存在之间的不一致，科学家们编造了另一种引力理论，假设存在一种非局域效应，导致一种与物质相抵消的引力。但是，任何对碰撞团簇的特定排列方式有效的理论都无法解释碰撞前状态下的团簇。后，替代方案仍然无法解释这两种配置。
但是一个有暗物质的宇宙有非常高的举证责任:它必须解释这些星系团的每一个观察到的特性。虽然许多碰撞群和星团的速度都是由暗物质丰富的宇宙所预测的，但子弹状星团——最初的例子——移动非常快。
宇宙结构在大尺度和小尺度上的形成在很大程度上取决于暗物质和正常物质的相互作用。尽管存在暗物质的间接证据，但我们希望能够直接检测到它，这种情况只有在正常物质和暗物质之间存在非零的横截面时才会发生。然而，出现的结构，包括星系团和更大规模的细丝，是无可争议的。当你知道你的宇宙的成分和控制宇宙的物理定律时，你就可以运行模拟来预测什么类型的大规模结构会出现。当我们只考虑引力的模拟时，我们预测的最快的碰撞星系团的运动速度比子弹星系团慢;在我们的宇宙中只有一个类似的例子的可能性不到百万分之一。
当我们像这样逆天而行时，我们需要一个解释。虽然我们的宇宙很有可能只是一个彩票赢家，就它所包含的内容而言，这个观察提出了一个合理的问题。要么是观测结果有误，要么是其他原因——某种物理机制——导致这种正常物质的加速超过了引力效应本身所能显示的速度。
半人马座A星系是离地球最近的活跃星系，它的高能喷流是由围绕中心黑洞的电磁加速度引起的。如果两个相互碰撞的星系团之间能够存在大规模的电磁场，那么它们就有可能产生比引力本身所允许的更大的粒子速度。一种可能是大规模的电场或磁场。当带电粒子(如质子和电子，它们有助于构成宇宙中的正常物质)遇到电磁场时，它们会加速。虽然星系团通常形成于宇宙细丝的交点，并由暗物质驱动，但也有正常物质存在，其中大部分以电离等离子体的形式存在。
运动中的带电粒子必须产生磁场，当物体落入星系团时，就会产生磁场和相对论性的快速运动粒子，比如电子。当电子在磁场中快速运动时，它们会产生一种特殊的辐射，称为同步辐射。
碰撞星团Abell 399和Abell 401的全尺寸图像显示了x射线数据(红色)、普朗克微波数据(黄色)和LOFAR无线电数据(蓝色)。单独的星系团是可以清楚识别的，但是由1000万光年长的磁场连接起来的相对论电子的射电桥具有令人难以置信的照明效果。在6月7日出版的《科学》(Science)杂志上发表的一项新研究中，科学家们首次使用LOFAR射电望远镜在两个相互碰撞的星系团中精确地发现了这种效应。Federica Govoni和她的同事使用LOFAR观测了Abell 0399和Abell 0401星系团之间的区域，并探测到它们之间延伸的低频无线电辐射脊。
这种发射表明了连接两个星团的磁场的存在，以及跨越将它们连接在一起的宇宙细丝的相对论电子群的存在。这两个星系团在太空中相距约1000万光年，这将使这个磁场和它周围的电子成为宇宙中已知的最大的这类结构之一。
根据普朗克卫星拍摄的图像(黄色)，连接Abell 399和Abell 401的热气体桥是在发现的。这是首次对跨越星系间空间连接两个星系团的热气体桥的决定性探测。现在人们认为它在子弹状星系团以及整个星系和星系团的形成中发挥着重要作用。这个无线电波也比大多数简单的模拟预测的要大，但这对暗物质理论来说是一件非常好的事情。对于我们观察到的一些碰撞星团来说，最大的谜题是如何解释这些粒子是如何加速到如此高的速度的。同时，这两个星系团之间巨大的磁场和电子桥表明了一种机制，可以重新加速星系间气体中存在的粒子:合并时产生的冲击波。
戈沃尼和她的同事们进行的正是这种模拟。她的团队展示了位于星系团之间的电子，已经以接近光速的速度移动，由于这些激波可以重新加速。如果我们把这一发现应用到子弹星系团上，我们理所当然地认为，如果我们观察x射线发射的气体，我们也会在那里发现冲击波。
子弹星系团的x射线观测，由钱德拉x射线天文台拍摄。请注意图像的白色部分，它显示了足够加热的气体，需要一个激波来解释。你看，如果你看钱德拉子弹星系团的图片，这些震动是你注意到的第一件事!我们在一对相互碰撞的星团中发现了存在大规模磁场的相对论性带电粒子，这一事实有力地表明，在其他星团中也存在同样的效应。如果同样的结构存在于Abell 0399和Abell 0401之间，也存在于其他碰撞星团之间，那么它可以解决子弹状星团的这一微小异常，让暗物质成为解释引力效应从正常物质存在中位移的唯一无可争议的解释。
当我们发现一种新现象时，总是向前迈出了一大步。但是，通过结合理论、模拟和其他相互碰撞的星系团的观测，我们可以在理解我们的宇宙作为一个整体时向前推进。这是暗物质的又一次惊人的胜利，也是宇宙的另一个谜，也许最终会被现代天体物理学所解开。这是一个多么值得活下去的时代啊
