Астрономы застали редкий момент слияния гигантских скоплений галактик
Астрономам удалось зафиксировать редкое и показательное космическое событие — слияние двух гигантских скоплений галактик в системе RXC J0032.1+1808. Наблюдения, выполненные с помощью телескопов обсерватории Кека, показывают, что процесс объединения уже перешел в активную фазу. Результаты исследования опубликованы на сервере препринтов arXiv.
Что такое слияние скоплений галактик
Скопления галактик — это крупнейшие гравитационно связанные структуры во Вселенной. Внутри них могут находиться сотни и тысячи галактик, погруженных в общий «кокон» из горячего газа и темной материи. Такие системы растут постепенно, присоединяя более мелкие группы и субскопления — по принципу снежного кома.
Когда сталкиваются два массивных скопления, происходит одно из самых энергетически мощных событий после Большого взрыва. Огромные объемы газа разогреваются до десятков миллионов градусов, в нем возникают ударные волны, а заряженные частицы разгоняются до околосветовых скоростей, формируя космические лучи. Темная материя при этом ведет себя иначе, чем обычное вещество, что делает такие столкновения особенно ценными для проверки космологических моделей.
RXC J0032.1+1808 известно астрономам с 1965 года. Это «богатое» скопление, то есть система с большим числом галактик и высокой общей массой — около 1,1 квадриллиона масс Солнца. Долгое время оно считалось относительно спокойным, но новые данные показали, что внутри него разворачивается крупное слияние.
На изображении показано скопление галактик, снятое телескопом в естественных цветах. Поверх снимка наложены контуры, помогающие понять, что происходит внутри системы.
Красные линии показывают распределение горячего газа, излучающего в рентгеновском диапазоне. Белые контуры отражают общую массу скопления, включая тёмную материю, определённую по эффекту гравитационного линзирования. Цифры отмечают самые яркие и массивные галактики, которые обычно находятся ближе к центрам отдельных частей скопления. Пунктирная линия разделяет северное и южное субскопления, подчёркивая, что это две структуры, находящиеся в процессе слияния.
Как ученые распознали столкновение
Команда под руководством Дэвида Виттмана использовала многообъектный спектрограф DEIMOS на телескопе Кека. Этот прибор позволяет одновременно измерять спектры и скорости множества галактик, что важно для понимания внутренней динамики скопления.
Ключевую роль сыграли рентгеновские наблюдения. В рентгеновском диапазоне видно горячий газ между галактиками, и именно он чутко реагирует на столкновения. В случае RXC J0032.1+1808 вместо одного центра яркости обнаружились два отдельных рентгеновских пика, разделенных примерно 1,3 миллиона световых лет.
«Мы обнаружили, что его рентгеновская морфология имеет бимодальный характер, что указывает на то, что он находится в процессе слияния», — отмечают авторы работы.
При этом в оптическом свете скопление выглядит более сглаженным и вытянутым. Такое расхождение объясняется тем, что галактики и тёмная материя проходят друг сквозь друга сравнительно свободно, а горячий газ сталкивается, тормозится и образует два заметных рентгеновских «ядра».
По расчетам исследователей, два субскопления уже прошли стадию наибольшего сближения — так называемый перицентр — и сейчас находятся на этапе последующего объединения. С момента первого контакта прошло от 395 до 560 миллионов лет.
Почему скорость и радиореликт имеют значение
Измеренная относительная скорость вдоль линии зрения оказалась очень небольшой — около 76 км/с. Это означает, что столкновение происходит в основном в плоскости неба, то есть мы наблюдаем его «сбоку», а не вдоль направления удара. Для астрономов это редкая удача, поскольку такая геометрия позволяет точнее восстановить структуру слияния.
Дополнительным подтверждением служит радиореликт — протяженный источник радиоизлучения, связанный с древней ударной волной. Подобные объекты возникают, когда фронт сжатия разгоняет электроны в горячем газе. По сути, это долговременное «эхо» столкновения, сохранившееся сотни миллионов лет спустя.
Почему это важно для астрономии
Большинство слияний скоплений либо слишком быстрые, либо находятся на неудобной стадии для наблюдений. В данном случае процесс развивается относительно медленно, а ориентация системы дает возможность изучать его поэтапно. Это делает RXC J0032.1+1808 ценным объектом для исследований ударных фронтов, происхождения космических лучей и поведения темной материи.
В перспективе такие наблюдения помогут проверить разные сценарии природы темной материи. Если она способна к самовзаимодействию, ее распределение может смещаться относительно газа, и эти смещения становятся заметны при сравнении оптических и рентгеновских данных. RXC J0032.1+1808 — один из редких случаев, где подобные эффекты можно попытаться уловить напрямую.
