Тайны горячих галактических скоплений

Художественное представление центра скопления Центавра. Синим цветом показан огромный поток горячего газа, белым — галактики, а красновато-коричневым — холодный газ. Автор: JAXA

Сотрудничество XRISM обнаружило потоки горячего газа в ядре скопления Центавра. Сравнивая самые современные рентгеновские измерения со спутника XRISM с численным моделированием, они показали, что это является свидетельством столкновений между скоплениями галактик, в результате которых газ внутри «выплескивается». Это решает давнюю загадку того, как ядра скоплений остаются горячими, и проливает свет на то, как наша Вселенная продолжает развиваться.

Астрономы давно предвидели, как огромные гравитационные силы между галактиками и галактическими скоплениями, колоссальными космическими образованиями, связанными темной материей, управляют их ростом посредством слияний и столкновений. Однако прямых доказательств этого не было.

Международная группа ученых из проекта XRISM (миссия рентгеновской визуализации и спектроскопии) провела наблюдение за скоплением галактик Центавр с помощью спутника XRISM, запущенного в 2023 году Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA); бортовой спектрометр под названием Resolve оснащен революционной высокоточной спектроскопией, позволяющей точно определять скорости газа.

Рассматривая ядро скопления Центавра, включая центральную галактику NGC 4696, они впервые обнаружили объемный поток горячего газа, движущийся со скоростью около 130–310 километров в секунду по линии прямой видимости с Земли. Они также смогли создать карту того, как скорость меняется в местах, удаленных от центра.

Сравнивая результаты с симуляциями, рабочая группа под руководством профессора Ютаки Фудзиты из Токийского столичного университета и доцента Косуке Сато из Исследовательской организации по ускорителям высоких энергий обнаружила, что это согласуется с «выплескиванием» горячего газа, также известного как внутрикластерная среда (ICM), вызванным столкновениями с другими галактическими скоплениями. Это первое прямое доказательство такого рода выплескивания, подтверждающее давно выдвинутую гипотезу об эволюции Вселенной.

Рентгеновский спектр скопления галактик Центавра, измеренный с помощью спектрометра XRISM Resolve. Спектрометр на спутнике XRISM может различать пики с непревзойденным разрешением. Автор: JAXA

Схема измерений XRISM. Галактика NGC 4696 в центре скопления окружена различными потоками газа с обеих сторон относительно нашей линии зрения. Автор: JAXA

Межгалактическое «выплескивание» горячего газа. Столкновения между кластерами создают эффект «выплескивания» для внутрикластерной среды, вызывая огромные потоки газа, которые заставляют содержимое кластеров колебаться. Автор: JAXA

Это также решает давнюю загадку для астрономов о том, как такой яркий газ, испускающий рентгеновские лучи, остается горячим. Теоретически, такое интенсивное излучение должно повлечь за собой потерю энергии, что приводит к охлаждению газа; это известно как радиационное охлаждение. Временной масштаб, в течение которого должно происходить это охлаждение, короче возраста скопления, но наблюдения до сих пор предполагают, что каким-то образом газу удается оставаться горячим.

Эти новые открытия представляют собой элегантное решение этой проблемы. Если газ в ядре скопления может плескаться, включая огромные объемные потоки газа туда и обратно вокруг центра, энергия может транспортироваться к ядру посредством процесса смешивания, сохраняя газ горячим, а выбросы яркими. Результаты команды теперь опубликованы в журнале Nature.

Эти беспрецедентно точные измерения являются значительным шагом вперед в нашем понимании формирования и эволюции галактических скоплений. Поскольку миссии XRISM еще предстоит продлиться несколько лет, мир астрофизики с нетерпением ждет новых сведений об изменяющейся природе Вселенной.

Больше информации: Kokoro Hosogi et al, The bulk motion of gas in the core of the Centaurus galaxy cluster, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-024-08561-z

Источник: Tokyo Metropolitan University