Космическая «рогатка» в объективе «Чандры»

Скопления галактик — это крупнейшие структуры во Вселенной, удерживаемые вместе гравитацией и содержащие сотни или даже тысячи отдельных галактик, погруженных в гигантские океаны перегретого газа. В скоплениях галактик обычная материя — например, атомы, из которых состоят звезды, планеты и абсолютно всё на Земле, — в основном представлена горячим газом и звездами. Масса горячего газа между галактиками намного больше массы звезд во всех галактиках. Эта обычная материя связана в скоплении с помощью гравитации еще большей массы темной материи.

Из-за огромных масс и скоростей между скоплениями галактик их столкновения — одни из самых мощных событий во Вселенной.

В новом исследовании скопления галактик Abell 1775, расположенного примерно в 960 миллионах световых лет от Земли, группа астрономов во главе с Андреа Боттеоном из Лейденского университета в Нидерландах объявила, что они обнаружили спиралевидный рисунок в рентгеновских данных обсерватории Чандра. Эти результаты подразумевают бурное прошлое кластера.

Когда два скопления галактик разных размеров сталкиваются, меньшее скопление начинает пробиваться через большее (из-за своей большей массы более крупное скопление имеет преимущество, когда дело доходит до гравитационного притяжения). По мере продвижения меньшего кластера его горячий газ уходит из-за трения. Этот газ оставляет за собой след, или хвост, который тянется за скоплением. После того, как центр меньшего скопления проходит мимо центра большего, газ в хвосте начинает испытывать меньшее сопротивление и выходит за пределы центра своего скопления. Это может привести к тому, что хвост «выстрелит», полетит в сторону, изгибаясь по мере удаления от центра скопления.

Новейшие данные Чандры содержат доказательства появления одного из этих изогнутых хвостов «рогатки», включая яркость рентгеновских лучей и их температуру. Предыдущие исследования Abell 1775 с помощью Чандры и других телескопов намекали, но не подтверждали, что в этой системе продолжалось столкновение.

Новое изображение Abell 1775 содержит рентгеновские лучи от обсерватории Чандра (синий цвет), оптические данные с телескопа Pan-STARRS на Гавайях (синий, желтый и белый цвета) и радиоданные из радиоинтерферометра (LOFAR) в Нидерландах (красный цвет). Хвост обозначен на этом изображении вместе с областью газа с изогнутым краем, называемой «холодным фронтом», которая плотнее и холоднее, чем газ, в который этот хвост попадает. Хвост и холодный фронт изгибаются в одном направлении, создавая спираль.

Астрономы ранее обнаружили, что Abell 1775 содержит огромный джет (полярное струйное течение) и радиоисточник, который также виден на этом новом составном изображении. Этот джет питается от сверхмассивной черной дыры в большой эллиптической галактике в центре скопления. Новые данные, полученные от LOFAR и Гигантского радиотелескопа Metrewave в Индии, показывают, что длина радиоструи на самом деле составляет 2,6 миллиона световых лет. Это примерно вдвое больше, чем думали астрономы раньше, и делает ее одной из самых длинных, когда-либо наблюдавшихся в скоплении галактик. Структура струи резко меняется, когда она переходит в газ с более низкой плотностью в верхней части изображения, через край «холодного фронта», что показывает влияние столкновения на неё.

Согласно новому исследованию, движение газа внутри скопления может быть ответственно за другие структуры, обнаруженные при наблюдении Abell 1775 в радиоволнах. Такие как две нити, расположенные вблизи источника струи (одна из них помечена Radio Filament).

Данные LOFAR и Чандры также позволили исследователям очень подробно изучить явления, которые способствуют ускорению электронов как в струе этой галактики, так и в радиоизлучении вблизи центра большего скопления.

Существует альтернативное объяснение появления кластера. Когда малое скопление приближается к более крупному, плотный горячий газ большего скопления будет притягиваться силой тяжести. После того, как меньший кластер проходит центр другого кластера, направление движения кластерного газа меняется на обратное, и он возвращается к центру кластера. Кластерный газ снова проходит через центр и «плещется» взад и вперед, подобно тому, как вино плещется в бокале, который дернули вбок.

Выплескивающийся газ образует спиральную картину, потому что столкновение между двумя скоплениями произошло не по центру.

Команда Боттеона выступает за сценарий хвоста в виде рогатки, но отдельная группа астрономов во главе с Дэном Ху из Шанхайского университета Цзяо Тун в Китае выступает за объяснение «плескания», основанное на данных Чандры и XMM-Newton Европейского космического агентства. И сценарий «рогатки», и сценарий «плескания» предполагают столкновение между двумя скоплениями галактик. В конце концов, два скопления полностью сольются друг с другом, образуя единое, более крупное скопление галактик.

Чтобы выбрать между этими двумя сценариями, необходимы дальнейшие наблюдения за Abell 1775, а также компьютерное моделирование поведения скоплений.

Статья, описывающая результаты команды Боттеона, была опубликована в журнале «Астрономия и астрофизика». Отдельная работа по теории «плескания», возглавляемая Дэном Ху, была принята к публикации в Астрофизическом журнале.