Самый большой известный гравитационно связанный объект во Вселенной; скопление галактик
MACS J0152.5-2852 — это массивное скопление галактик. Почти каждый пиксель, видимый на изображении, — это галактика, каждая из которых содержит миллиарды звезд. [1]
Группы и скопления галактик являются крупнейшими известными гравитационно связанными объектами, возникшими до сих пор в процессе формирования космической структуры. [2] Они образуют самую плотную часть крупномасштабной структуры Вселенной . В моделях гравитационного формирования структуры с холодной темной материей самые маленькие структуры сначала разрушаются и в конечном итоге формируют самые большие структуры, скопления галактик. Затем скопления формируются относительно недавно, между 10 миллиардами лет назад и настоящим временем. Группы и скопления могут содержать от десяти до тысяч отдельных галактик. Сами скопления часто связаны с более крупными, негравитационно связанными группами, называемыми сверхскоплениями .
Группы галактик
Карта расположения тысяч галактик в обзоре VIPERS [3]
Группы галактик являются наименьшими агрегатами галактик. Они обычно содержат не более 50 галактик в диаметре от 1 до 2 мегапарсеков (МПк) (см. 10 22 м для сравнения расстояний). Их масса составляет приблизительно 10 13 солнечных масс . Разброс скоростей для отдельных галактик составляет около 150 км/с. Однако это определение следует использовать только в качестве руководства, поскольку более крупные и массивные системы галактик иногда классифицируются как группы галактик. [4] Группы являются наиболее распространенными структурами галактик во Вселенной, включающими по крайней мере 50% галактик в локальной Вселенной. Группы имеют диапазон масс между массами очень больших эллиптических галактик и скоплений галактик. [5]
Наша собственная галактика, Млечный Путь , входит в Местную группу , состоящую из более чем 54 галактик. [6]
В июле 2017 года С. Пол, Р. С. Джон и др. определили четкие отличительные параметры для классификации скоплений галактик как «групп галактик» и «скоплений» на основе законов масштабирования, которым они следовали. [7] Согласно этой статье, скопления галактик, менее массивные, чем 8 × 10 13 солнечных масс, классифицируются как группы галактик.
Скопления больше групп, хотя между ними нет резкой разделительной линии. При визуальном наблюдении скопления кажутся скоплениями галактик, удерживаемых вместе взаимным гравитационным притяжением. Однако их скорости слишком велики, чтобы они оставались гравитационно связанными взаимным притяжением, что подразумевает наличие либо дополнительного невидимого компонента массы, либо дополнительной силы притяжения помимо гравитации. Рентгеновские исследования выявили наличие большого количества межгалактического газа, известного как внутрископительная среда . Этот газ очень горячий, между 10 7 К и 10 8 К, и, следовательно, испускает рентгеновские лучи в форме тормозного излучения и атомной линии излучения .
Скопление галактик ACO 3341, обнаруженное телескопом VIMOS на телескопе VLT
Общая масса газа примерно в два раза больше массы галактик. Однако этого все еще недостаточно, чтобы удерживать галактики в скоплении. Поскольку этот газ находится в приблизительном гидростатическом равновесии с общим гравитационным полем скопления, можно определить общее распределение массы. Оказывается, общая масса, выведенная из этого измерения, примерно в шесть раз больше массы галактик или горячего газа. Недостающий компонент известен как темная материя , и его природа неизвестна. В типичном скоплении, возможно, только 5% общей массы находится в форме галактик, может быть, 10% в форме горячего рентгеновского излучающего газа, а остальное — темная материя. Браунштейн и Моффат [8] используют теорию модифицированной гравитации для объяснения масс рентгеновских скоплений без темной материи. Наблюдения за скоплением Пуля являются самым убедительным доказательством существования темной материи; [9] [10] [11] Однако Браунштейн и Моффат [12] показали, что их модифицированная теория гравитации также может объяснить свойства скопления.
Методы наблюдения
Скопление галактик LCDCS-0829 действует как гигантское увеличительное стекло. Этот странный эффект называется гравитационным линзированием .
Скопления галактик были обнаружены в ходе обзоров, проведенных с использованием ряда наблюдательных методов, и подробно изучены с использованием многих методов:
Оптический или инфракрасный : Отдельные галактики скоплений можно изучать с помощью оптической или инфракрасной визуализации и спектроскопии. Скопления галактик обнаруживаются оптическими или инфракрасными телескопами путем поиска сверхплотностей, а затем подтверждаются путем обнаружения нескольких галактик с похожим красным смещением . Инфракрасный поиск более полезен для поиска более далеких (с большим красным смещением ) скоплений.
Рентгеновские лучи : горячая плазма испускает рентгеновские лучи, которые можно обнаружить с помощью рентгеновских телескопов . Газ скопления можно изучать с помощью рентгеновской визуализации и рентгеновской спектроскопии. Скопления весьма заметны в рентгеновских обзорах и наряду с AGN являются самыми яркими внегалактическими объектами, испускающими рентгеновские лучи.
Радио : В кластерах были обнаружены несколько диффузных структур, излучающих на радиочастотах. Группы радиоисточников (которые могут включать диффузные структуры или AGN) использовались в качестве трассеров местоположения кластера. При высоком красном смещении визуализация вокруг отдельных радиоисточников (в данном случае AGN) использовалась для обнаружения протокластеров (кластеров в процессе формирования).
Гравитационное линзирование : Скопления галактик содержат достаточно материи, чтобы исказить наблюдаемые ориентации галактик позади них. Наблюдаемые искажения можно использовать для моделирования распределения темной материи в скоплении.
Скопления галактик являются самыми последними и самыми массивными объектами, возникшими в иерархическом структурном формировании Вселенной, и изучение скоплений рассказывает о том, как галактики формируются и развиваются. Скопления обладают двумя важными свойствами: их массы достаточно велики, чтобы удерживать любой энергичный газ, выброшенный из галактик-членов, и тепловая энергия газа внутри скопления наблюдается в пределах рентгеновской полосы пропускания. Наблюдаемое состояние газа внутри скопления определяется комбинацией ударного нагрева во время аккреции, радиационного охлаждения и тепловой обратной связи, вызванной этим охлаждением. Таким образом, плотность , температура и субструктура внутрикластерного рентгеновского газа представляют собой всю тепловую историю формирования скопления. Чтобы лучше понять эту тепловую историю, необходимо изучить энтропию газа, поскольку энтропия — это величина, наиболее непосредственно изменяющаяся при увеличении или уменьшении тепловой энергии внутрикластерного газа. [14]
^ "Рассеивание спиральных и эллиптических галактик". ESA/Hubble Picture of the Week . Получено 25 сентября 2013 г.
^ Voit, G. Mark (2005). «Отслеживание космической эволюции с помощью скоплений галактик». Reviews of Modern Physics . 77 (1): 207–258. arXiv : astro-ph/0410173 . Bibcode :2005RvMP...77..207V. doi :10.1103/revmodphys.77.207. S2CID 119465596.
^ "Огромная карта далекой Вселенной достигла середины". ESO . Получено 2 апреля 2013 г.
^ UTK Physics Dept. "Groups of Galaxies". Университет Теннесси, Кновилл . Получено 27 сентября 2012 г.
^ Муньос, РП; и др. (11 декабря 2012 г.). "Динамический анализ групп галактик с сильным линзированием при промежуточном красном смещении". Astronomy & Astrophysics . 552 (опубликовано в апреле 2013 г.): 18. arXiv : 1212.2624 . Bibcode :2013A&A...552A..80M. doi :10.1051/0004-6361/201118513. S2CID 17865754. A80.
^ Майк Ирвин. "The Local Group" . Получено 2009-11-07 .
^ S. Paul; RS John; P. Gupta; H. Kumar (2017). «Понимание „групп галактик“ как уникальной структуры во Вселенной». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 471 (1): 2–11. arXiv : 1706.01916 . Bibcode : 2017MNRAS.471....2P. doi : 10.1093/mnras/stx1488 .
^ Браунштейн, Дж. Р.; Моффат, Дж. В. (2006). «Массы скоплений галактик без небарионной темной материи». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 367 (2): 527–540. arXiv : astro-ph/0507222 . Bibcode : 2006MNRAS.367..527B. doi : 10.1111/j.1365-2966.2006.09996.x . S2CID 119343858.
^ Браунштейн, Дж. Р.; Моффат, Дж. В. (2007). «Скопление Пуля 1E0657-558 свидетельствует об измененной гравитации в отсутствие темной материи». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 382 (1): 29–47. arXiv : astro-ph/0702146v3 . Bibcode : 2007MNRAS.382...29B. doi : 10.1111/j.1365-2966.2007.12275.x . S2CID 119084968.
^ "Самое дальнее зрелое скопление галактик". ESO Science Release . ESO . Получено 9 марта 2011 г.
