Perché il mezzo interstellare è così caldo?

Su questo collegamento , si afferma quanto segue: "grandi assiemi di galassie che sono permeate da quantità ancora più grandi di gas diffuso. Con temperature di 10 milioni di gradi o più".

In che modo questi gas diffusi (ionizzati) possono diventare così caldi quando sono a grandi distanze l'uno dall'altro e hanno una densità molto bassa?

Ciò che quella pagina dell'ESA (Agenzia spaziale europea) intitolata Scorie di gas caldo in un calderone galattico a cui si collega descrive è chiamato WHIM (mezzo intergalattico caldo-caldo). Non sono medium interstellare, ma gas medium intergalattico. La differenza di densità è enorme, con una densità media interstellare a una media di (un protone per centimetro cubo), ma la densità di questi WHIM è anche di qualche ordine di grandezza inferiore a ρ ∼ 10 - 6 - 10 - 5 p p c m , o approssimativamente da 1 a 10 protoni per metro cubo ($\rho ∼ 1\ ppcm$$\rho ∼ 10^{−6}−10^{−5}\ ppcm$L'Osservatorio dei raggi X Chandra della NASA indica una densità media di 6 protoni per metro cubo).

La cosa interessante di WHIM è che sono assolutamente enormi. Stiamo parlando di distanze che si estendono tra ammassi di galassie (estendendo così milioni di anni luce), il che significa che, anche se tenue come sono, rappresentano una grande porzione della materia barionica dell'Universo:

Si prevede che tale questione rappresenti una frazione considerevole ( ) di tutti i barioni nell'universo locale ( z < 1 ), ed è quindi considerato il miglior candidato per ospitare i barioni visti ad alto redshift e mancanti dal basso censimento redshift.$∼ 50\%$$z < 1$ [redshift in the infrared spectrum]

Quindi ora riguardo alle loro emissioni di calore, e perché vengono rilevati nella gamma dei raggi X in primo luogo (l'articolo dell'ESA menziona la fotografia che è stata scattata dall'osservatorio XMM-Newton ai raggi X dell'ESA):

Gli elettroni e i barioni nel WHIM sono riscaldati da shock durante la loro caduta nella materia oscura del [Large–Scale Structures]potenziale LSS e si insediano in strutture filamentose / simili a fogli che circondano gli LSS.

$T ∼ 10^5−10^7 K$

Fonti di preventivo:

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

Letture addizionali:

• La scoperta dei raggi X indica la posizione della materia mancante , NASA
• È stata trovata l'ultima materia normale "mancante" , Sky & Telescope
• Studio del contenuto WHIM delle strutture su larga scala della galassia lungo la linea di vista fino a H 2356-309 (PDF), L. Zappacosta et al., Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Solo per aggiungere alla risposta di TidalWave - qualcosa che è più facile da immaginare, il banale "perché".

Ciò che chiamiamo Temperatura a livello termodinamico è Velocità a livello atomico. Dire che il mezzo ha una temperatura elevata equivale a dire che le particelle di quel mezzo si muovono terribilmente velocemente.

Bene, devono muoversi velocemente. Devono muoversi più velocemente della velocità di fuga delle galassie, o quelle espulse dalle galassie non sfuggiranno a loro e il primordiale verrebbe invece catturato dalle galassie. Essendo così rari si scontrano anche raramente, quindi qualsiasi rallentamento derivante da collisioni (energia in esaurimento, ad esempio come fotoni) semplicemente non accade quasi mai. In breve, stai ottenendo particelle che erano abbastanza veloci (calde) per arrivare (e rimanere) lì e non hanno avuto l'opportunità di rinfrescarsi.

Sono caldi nel senso della velocità delle particelle, ma se tu fossi là fuori, verrai congelato, poiché c'è una densità così bassa che qualsiasi di queste particelle probabilmente ti avrà un impatto (e ti trasferirà la sua energia, che è ciò che vorresti nota come calore) mentre farai freddo a causa delle radiazioni.