Ученые ИКИ РАН в составе международной научной группы получили новые свидетельства того, что скопление галактик Арахис (SRGe CL0238.3+2005) находится на редкой стадии столкновения двух гигантских подструктур — вскоре после прохождения их ядер друг через друга. Об этом говорят лучевые скорости галактик, данные рентгеновских наблюдений и результаты динамического моделирования. Исследование опубликовано в журналах Astronomy & Astrophysics и Journal of High Energy Astrophysics.
Скопления галактик — самые крупные гравитационно-связанные структуры во Вселенной. Они содержат сотни и тысячи галактик, колоссальные объемы горячего газа и еще большую массу невидимой темной материи. Столкновения таких объектов — самые мощные и энергичные события во Вселенной после Большого взрыва. Однако стадия, во время которой центральные части (ядра) скоплений непосредственно проходят друг сквозь друга, длится относительно недолго. Поэтому подобные системы в фазе активного слияния удается наблюдать крайне редко.
Впервые скопление Арахис (SRGe CL0238.3+2005) обнаружили как протяженный источник в обзоре всего неба рентгеновским телескопом ROSAT. Долгое время он оставался незамеченным, пока команда российских ученых во главе с Родионом Бурениным, старшим научным сотрудником отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН, работая с данными телескопа eROSITA обсерватории «Спектр-РГ», не обратила внимание на его высокую рентгеновскую светимость, которая свидетельствует о большой массе скопления. Тогда же этот объект получил обозначение SRGe CL0238.3+2005.
В исследовании 2022 года было измерено красное смещение источника z = 0.42. Это значит, что мы видим его таким, каким оно было примерно четыре миллиарда лет назад. Также получена оценка массы скопления – 1–2 квадриллиона масс Солнца, что делает его одним из самых массивных известных скоплений.
Запоминающееся название «Арахис» объект получил за характерную форму. В оптическом диапазоне он выглядит как вытянутая цепочка из галактик. Но в рентгеновском диапазоне, в котором преимущественно излучает горячий межгалактический газ, отчетливо видны два ярких ядра. При этом пики рентгеновского излучения не совпадают с положением галактик. Это навело ученых на мысль о том, что мы наблюдаем не динамически спокойное скопление, а два массивных скопления, которые только что прошли друг сквозь друга.
«Когда скопления сталкиваются, галактики свободно пролетают друг мимо друга, поскольку расстояния между ними очень велики. Но горячий межгалактический газ, который составляет основную массу видимого вещества скоплений, испытывает сопротивление и начинает "отставать". Именно такую картину мы наблюдаем в скоплении Арахис. Распределение горячего газа смещено относительно галактик, что делает вероятным сценарий недавнего столкновения», — рассказала Наталья Лыскова, старший научный сотрудник отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН.
Чтобы подтвердить эту гипотезу, ученые объединили данные рентгеновских телескопов СРГ/еРОЗИТА и Chandra (NASA) с оптическими и спектроскопическими наблюдениями на телескопах БТА (Специальная астрофизическая обсерватория РАН), РТТ-150 (Российско-турецкий телескоп, Турция), DESI (США) и радиоданными ASKAP (Австралия).
В новой работе ученые измерили лучевые скорости 31 галактики в центральной области скопления — это крупнейшая на сегодняшний день выборка для этого объекта. Распределение скоростей показывает возможное существование двух групп галактик (северной и южной), различающихся по лучевой скорости примерно на 2000 км/с.
Рентгеновские спектры показали, что температура горячего газа в предполагаемых компонентах достигает примерно 100 миллионов градусов. Совокупность рентгеновских и оптических данных позволила оценить полную массу скопления в 2 квадриллиона масс Солнца.
Используя простую динамическую модель, ученые рассчитали, как должны выглядеть наблюдаемые скорости при разных углах между осью столкновения и лучом зрения. Наиболее вероятным оказался угол около 45°. В этом случае пространственная скорость сближения компонентов составляет около 3500 км/с, расстояние между их ядрами — порядка миллиона световых лет, а после прохождения ядер друг через друга прошло менее 100 миллионов лет.
Также ученые сравнили Арахис с двумя хорошо известными сталкивающимися скоплениями — MACS J0416 и Пуля (1E 0657−558). Первое находится на стадии до прохождения ядер, второе — на значительно более поздней, когда компоненты уже далеко разошлись.
Небольшое расстояние между предполагаемыми компонентами в скоплении Арахис, а также смещение горячего газа относительно галактик и высокая относительная скорость указывают на то, что система наблюдается вскоре после прохождения ядер друг через друга. Поскольку такая стадия длится сравнительно недолго, вероятность обнаружить подобную систему крайне мала.
«Пока мы не можем однозначно утверждать, что перед нами именно два гравитационно связанных компонента, а не одно массивное скопление. Для окончательного вывода нужно измерить красные смещения еще нескольких десятков галактик.
В любом из этих сценариев скопление Арахис остается очень редким объектом. Теоретически, на всем небе можно ожидать лишь 15–20 столь массивных и удаленных систем», — отметил Игорь Зазнобин, младший научный сотрудник отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН.
Уникальность скопления Арахис делает его интересной мишенью для многоволновых исследований. Уже инициированы заявки на наблюдения в радио-, миллиметровом, оптическом и рентгеновском диапазонах. Мы ожидаем, что новые данные помогут пролить свет на динамику столкновения и, возможно, даже уточнить свойства темной материи — гипотетической формы материи, которая не испускает электромагнитного излучения, но проявляет себя посредством гравитации. Именно из темной материи примерно на 80% по массе состоят скопления галактик, что делает их природными лабораториями по ее изучению.
Информация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/)
