Warum ist das interstellare Medium so heiß?

In diesem Link heißt es: "Große Ansammlungen von Galaxien, die von noch größeren Mengen diffusen Gases durchdrungen sind. Mit Temperaturen von 10 Millionen Grad oder mehr".

Wie können diese diffundierten (ionisierten) Gase so heiß werden, wenn sie sich in großer Entfernung voneinander befinden und eine sehr geringe Dichte haben?

Was diese ESA-Seite (European Space Agency) mit dem Titel Heißgasschwappen in einem galaktischen Kessel , auf das Sie verweisen, beschreibt, heißt WHIM (Warm-Hot Intergalactic Medium). Sie sind kein interstellares Medium, sondern intergalaktisches Medium Gas. Der Dichteunterschied ist groß, mit einer mittleren interstellaren Dichte von durchschnittlich (ein Proton pro Kubikzentimeter), aber die Dichte dieser WHIM ist bei ρ ∼ 10 - 6 sogar einige Größenordnungen niedriger - 10 - 5 p p c m oder ungefähr 1 bis 10 Protonen pro Kubikmeter ($\rho ∼ 1\ ppcm$$\rho ∼ 10^{−6}−10^{−5}\ ppcm$Das Chandra-Röntgenobservatorium der NASA gibt eine durchschnittliche Dichte von 6 Protonen pro Kubikmeter an.

Das Interessante an WHIM ist, dass sie absolut riesig sind. Wir sprechen von Entfernungen, die sich über Galaxienhaufen erstrecken (also mehrere Millionen Lichtjahre lang sind), was bedeutet, dass ein großer Teil der baryonischen Materie des Universums ausmacht, auch wenn sie noch so dünn sind:

Es wird vorausgesagt, dass eine solche Materie einen beträchtlichen Anteil ( ) aller Baryonen im lokalen ( z < 1 ) Universum ausmacht, und sie wird daher als der beste Kandidat für die Aufnahme der Baryonen angesehen, die bei hoher Rotverschiebung gesehen werden und bei der niedrigen fehlen Rotverschiebungszählung.$∼ 50\%$$z < 1$ [redshift in the infrared spectrum]

Nun also zu ihrer Wärmeabgabe und warum sie überhaupt im Röntgenbereich nachgewiesen werden (der Artikel der ESA erwähnt, dass das dort gezeigte Foto vom XMM-Newton-Röntgenobservatorium der ESA aufgenommen wurde):

Elektronen und Baryonen in der WHIM werden während ihres Einbrechens in die [Large–Scale Structures]Potentialwanne der Dunklen Materie schockerwärmt und setzen sich in filament- / blattähnlichen Strukturen ab, die die LSS umgeben.

$T ∼ 10^5−10^7 K$

Quellenangaben:

• Das Cosmic Baryon Budget von Fukugita et al. 1998
• Das Cosmic Energy Inventory , Fukugita & Peebles 2004

Zusätzliche Lektüre:

• Röntgenerkennungspunkte zum Ort des Fehlens , NASA
• Letzte "fehlende" Normalsache wird gefunden , Himmel & Teleskop
• Untersuchung des WHIM-Inhalts der großräumigen Strukturen der Galaxie entlang der Sichtlinie nach H 2356-309 (PDF), L. Zappacosta et al., Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Nur um die Antwort von TidalWave zu ergänzen - etwas, das einfacher vorstellbar ist, das triviale "Warum".

Was wir als Temperatur auf thermodynamischer Ebene bezeichnen, ist Geschwindigkeit auf atomarer Ebene. Zu sagen, dass das Medium eine hohe Temperatur hat, ist gleichbedeutend damit, dass sich Partikel dieses Mediums schrecklich schnell bewegen.

Nun, sie müssen sich schnell bewegen. Sie müssen sich schneller bewegen als die Fluchtgeschwindigkeit der Galaxien, oder diejenigen, die aus den Galaxien ausgestoßen werden, würden ihnen nicht entkommen, und das Urzeitliche würde stattdessen von den Galaxien eingefangen. Da sie so dünn sind, kollidieren sie auch äußerst selten - was auch immer Verlangsamungen aufgrund von Kollisionen (Energieverbrauch, z. B. als Photonen) sind, passiert so gut wie nie. Kurz gesagt, Sie erhalten Partikel, die schnell (heiß) genug waren, um überhaupt dorthin zu gelangen (und dort zu bleiben), und die keine Gelegenheit hatten, sich abzukühlen.

Sie sind im Sinne der Partikelgeschwindigkeit heiß, aber wenn Sie dort draußen wären, würden Sie einfrieren, da die Dichte so gering ist, dass eines dieser Partikel wahrscheinlich auf Sie einwirkt (und Ihnen seine Energie überträgt, was Sie auch tun würden) Beachten Sie als Wärme), während Sie aufgrund der Strahlung kalt werden.