|
Рисование скоплений галактик по числам и физике
|
|
|
|
Скопления галактик - это самые массивные объекты во Вселенной, удерживаемые вместе гравитацией, содержащие до нескольких тысяч отдельных галактик и огромные резервуары перегретого газа, излучающего рентгеновское излучение. Масса этого горячего газа обычно примерно в пять раз превышает общую массу всех галактик в скоплениях галактик. В дополнение к этим видимым компонентам, 80% массы скоплений галактик приходится на темную материю. Эти космические гиганты являются сигналами не только для галактик, звезд и черных дыр внутри них, но и для эволюции и роста самой Вселенной.
|
|
|
|
Поэтому неудивительно, что рентгеновская обсерватория НАСА "Чандра" за время своей миссии наблюдала множество скоплений галактик. Рентгеновское зрение "Чандры" позволяет ей с исключительной четкостью видеть огромные запасы горячего газа в скоплениях, температура которого достигает 100 миллионов градусов. Этот пылающий газ рассказывает истории о прошлой и настоящей активности в скоплениях галактик.
|
|
|
|
Черные дыры и активность в скоплениях
|
|
|
|
В центрах многих из этих скоплений галактик находятся сверхмассивные черные дыры, которые периодически извергаются в виде мощных вспышек. Эти взрывы создают струи, видимые в радиоволнах, которые раздувают пузырьки, наполненные энергичными частицами; эти пузырьки переносят энергию в окружающий газ. Снимки, сделанные "Чандрой", показали множество других структур, образовавшихся во время этих вспышек черных дыр, включая крючки, кольца, дуги и крылья. Однако сами по себе внешние данные не говорят нам, что это за структуры и как они образовались.
|
|
|
|
|
|
|
Чтобы решить эту проблему, команда астрономов разработала новый метод обработки изображений для анализа рентгеновских данных, позволяющий им выявлять особенности в газе скоплений галактик, как никогда ранее, классифицируя их по природе, а не только по внешнему виду. До появления этого метода, который они называют "рентгеновской арифметикой", ученые могли определить природу лишь некоторых особенностей, причем гораздо менее эффективным способом, изучая количество энергии рентгеновского излучения, рассеянного на разных длинах волн.
|
|
|
|
Авторы применили X-арифметику к 15 скоплениям галактик и группам галактик (они похожи на скопления галактик, но с меньшим количеством входящих в них галактик). Сравнивая результаты применения метода рентгеновской арифметики с компьютерным моделированием, исследователи теперь имеют в своем распоряжении новый инструмент, который поможет понять физические процессы внутри этих важных титанов Вселенной.
|
|
|
|
В статье, опубликованной в журнале Astrophysical Journal, рассматривается, как эти структуры проявляются в разных частях рентгеновского спектра. Разделив данные "Чандры" на рентгеновские снимки с низкой и высокой энергией и сравнив характеристики каждой структуры в обоих режимах, исследователи могут классифицировать их на три различных типа, которые они по-разному окрашивают.
|
|
|
|
Новая методика классификации структур
|
|
|
|
Розовый цвет присваивается звуковым волнам и слабым ударным фронтам, которые возникают из-за возмущений давления, распространяющихся со скоростью, близкой к скорости звука, и сжимающих горячий газ в тонкие слои. Пузырьки, раздуваемые струями, окрашены в желтый цвет, а охлаждающий или медленно движущийся газ - в синий. Полученные изображения, "раскрашенные" таким образом, чтобы отразить природу каждой структуры, предлагают новый способ интерпретации сложных последствий активности черной дыры, используя только рентгеновские данные.
|
|
|
|
Этот метод работает не только при наблюдениях с помощью телескопа "Чандра" (и других рентгеновских аппаратов), но и при моделировании скоплений галактик, предоставляя инструмент для объединения данных и теории.
|
|
|
|
На изображениях из этой новой коллекции показаны центральные области пяти скоплений галактик в выборке: MS 0735+7421, скопление Персея и M87 в скоплении Девы в верхнем ряду и Abell 2052 и Лебедь А в нижнем ряду. Все эти объекты были представлены общественности рентгеновским центром "Чандра" ранее, но эта специальная методика была применена впервые. Новый подход подчеркивает важные различия между скоплениями и группами галактик в исследовании.
|
|
|
|
Сравнение скоплений и групп
|
|
|
|
Изучаемые скопления галактик часто имеют большие области охлаждения или медленно движущегося газа вблизи своих центров, и только в некоторых из них имеются признаки ударных фронтов. С другой стороны, группы галактик отличаются друг от друга. Они демонстрируют множественные ударные фронты в своих центральных областях и меньшее количество охлаждающегося и медленно движущегося газа по сравнению с образцами скоплений галактик.
|
|
|
|
Этот контраст между скоплениями галактик и группами галактик предполагает, что обратная связь с черными дырами, то есть взаимозависимая связь между выбросами из черной дыры и ее окружением, проявляется сильнее в группах галактик. Это может быть связано с тем, что обратная связь в группах более интенсивна, чем в скоплениях, или с тем, что группа галактик обладает более слабой гравитацией, удерживающей структуру вместе, чем скопление галактик. Таким образом, один и тот же выброс из черной дыры с одинаковым уровнем мощности может легче повлиять на группу галактик, чем на скопление галактик.
|
|
|
|
Остается еще много открытых вопросов об этих вспышках черных дыр. Например, ученые хотели бы знать, сколько энергии они выделяют в окружающий их газ и как часто они происходят. Эти бурные явления играют ключевую роль в регулировании охлаждения горячего газа и формировании звездных скоплений. Раскрывая физику, лежащую в основе структур, которые они оставляют после себя, метод рентгеновской арифметики приближает нас к пониманию влияния черных дыр в самых крупных масштабах.
|
|
|
|
Источник
|
