Крупное скопление галактик феникс. Скопление феникс - экстраординарная галактическая группа Отрывок, характеризующий Скопление Феникса
Одну из крупнейших структур во Вселенной, которая претендует сразу на несколько космических рекордов. Наблюдения скопления Феникс, проведенные при помощи орбитальной обсерватории NASA Чандра , Телескопа южного полюса и еще восьми крупных машин, могут заставить специалистов пересмотреть текущие взгляды на эволюцию этих колоссальных структур и населяющих их галактик . Изначально скопление Феникс было обнаружено Телескопом южного полюса, после чего было проведено его исследование в оптическом диапазоне при помощи телескопов обсерватории Жемини и Магеллановыми телескопами в Чили. Затем был использован телескоп Чандра, позволивший оценить количество горячего газа и скорость его охлаждения. Для получения данных о звездообразовании в скоплении использовалось несколько наземных телескопов, Galaxy Evolution Explorer и Гершель .
Звезды рождаются в середине скопления Феникс чаще, чем в любом другом когда-либо наблюдавшемся. Этот объект также является самым мощных источником рентгеновских лучей (область чувствительности телескопа Чандра) среди скоплений и, возможно, самым массивным. Наконец, последний побитый скоплением рекорд - скорость остывания горячего газа в центре скопления (этот факт связан с самым активным известным звездообразованием).
Скопление Феникс расположено на расстоянии около 5.7 миллиарда световых лет от нас. Имя свое оно получило во многом благодаря самой важной характеристике - активному рождению звезд. «Если галактики в центрах большинства скоплений находятся в спячке в течение миллиардов лет, центральная галактика этого скопления, похоже, возродилась к жизни с новыми силами, со взрывным звездообразованием, - говорит Майкл МакДональд, первый автор публикации исследования в журнале Nature , сотрудник - Мифология Феникса, птицы, восстающей из мертвых, это отличный способ описать этот возродившийся объект».
Как и все другие скопления галактик, Феникс богат запасами горячего газа. На самом деле на него приходится заметно больше обычной материи, чем содержится во всех звездах , планетах и малых телах множества галактик скопления. Такой горячий газ, активно излучающий в рентгеновском диапазоне, может наблюдаться только соответствующими обсерваториями, такими, как Чандра. Уже давно астрономы поняли, что этот газ со временем становится источником новых звезд. Со временем он остывает, его кинетическая энергия падает и он поддается гравитации, понемногу стягиваясь к центральной галактике скопления. Здесь уже холодный газ все увеличивает свою плотность и начинает образовывать звезды. Однако большая часть известных нам скоплений образовала очень мало новых звезд за последние несколько миллиардов лет. Скорее всего это вызвано действием сверхмассивной черной дыры , находящейся в центральной галактике. Поглощая материю, дыра выделяет огромную энергию, которая нагревает остывший было газ, предотвращая его скопление в концентрации, достаточной для начала звездообразования. Известным примером такого скопления является Персей. Мощные выбросы энергии и потоков заряженных частиц черной дырой в центре его препятствуют охлаждению газа и образованию звезд. Создаваемые при этом полости и звуковые волны очень сильно нагревают газ всего скопления. «Мы считали, что эти звуковые волны могут быть найдены в любом скоплении галактик, - говорит соавтор исследования, сотрудник Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики Райан Фоли. - Скопление Феникс показывает нам, что это не так. Бывают случаи и моменты, когда музыка внезапно останавливается. Струй частиц, испускаемые черной дырой в центре скопления, очевидно, недостаточно мощны, чтобы предотвратить охлаждение газа».
Имея такую слабую черную дыру, центр скопления Феникс заполнен толкающимися молодыми звездами, скорость образования которых в двадцать раз выше, чем в скоплении Персея. Это самая высокая активность звездообразования, наблюдаемая человеком в центре скопления галактик, но отнюдь не самая высокая для всей известной Вселенной. Тем не менее, даже самые активные области звездообразования, находящиеся вне скоплений, могут похвастаться лишь двукратным увеличением прироста звезд по сравнению с Фениксом.
Высокая скорость звездообразования и охлаждения газа приводит к очень быстрому набору массы центральной галактикой скопления и ее черной дырой. Эта важная фаза в жизни звездного скопления, по мнению астрономов, должна быть очень короткой. «Галактика и ее черная дыра подвержены ненормальному росту, - говорит соавтор Бредфорд Бенсон, сотрудник Чикагского университета. - Этот рывок роста не может продолжаться дольше, чем около сотни миллионов лет. В противном случае галактика и ее черная дыра станут монстрами по сравнению с их соседями по скоплению». Вообще, как само скопление Феникс, так и его центральная галактика и ее черная дыра находятся среди наиболее массивных объектов своего типа.
Скопления галактик всегда отличаются огромными массой и размерами. Это делает их важными факторами эволюции Вселенной, а как и в любом другом исследовании, образец с выдающимися свойствами представляет особый интерес. «Это удивительное звездообразование - очень важное открытие, ведь оно заставляет нас пересмотреть наше понимание процессов роста галактик в центрах скоплений, - говорит Мартин Реес , сотрудник Кембриджа , признанный специалист в области космологии. - Охлаждение газа может оказаться намного более важным источником звезд, чем мы думали».
Вам нужен специалист в области услуг 1с ? Любые возникающие вопросы и проблемы будут решены в кратчайшие сроки!
МОСКВА, 15 фев - РИА Новости. Американские радиоастрономы открыли крайне необычную сверхмассивную черную дыру в созвездии Феникса, которая не "удушает" процессы звездообразования, а восстанавливает запасы звездных стройматериалов в одной из галактик, говорится в статье, опубликованной в Astrophysical Journal.
"Благодаря ALMA мы смогли увидеть, что существует прямая связь между "ушами" черной дыры, которые раздувают ее выбросы, и будущим "топливом" для рождения новых звезд и роста галактик. Теперь мы лучше понимаем, как черные дыры управляют процессами звездообразования и как галактики могут неожиданно получать новые запасы газа для подпитки своих черных дыр", — заявила Хелен Расселл (Helen Russell) из Кембриджского университета (Великобритания).
В центре Млечного Пути и практически всех ее "кузенов" присутствует сверхмассивная черная дыра, незримым образом "дирижирующая" процессами круговорота вещества по всей галактике. Достаточно давно астрономы считают, что активизация таких черных дыр приводит к постепенному опустошению галактики и прекращению процессов звездообразования в результате того, что черная дыра разогревает и выбрасывает холодные облака пыли и водорода за пределы галактики.
Эти облака газа - так называемые "уши", как их часто называют астрономы - крайне медленно остывают и постепенно окружают галактики гигантским коконом из раскаленной плазмы, препятствующей движению холодных потоков газа из межгалактической среды. В результате подобных процессов, как сегодня считают ученые, примерно половина галактик в обозримой Вселенной является "живыми трупами" - в них фактически не рождаются новые звезды.
Расселл и ее коллеги обнаружили, что такое происходит не всегда, и что иногда черные дыры играют обратную роль, "возрождая" подобные мертвые галактики и возвращая им способность зажигать новые звезды. Они совершили это открытие, наблюдая при помощи радиотелескопа ALMA за заурядным скоплением галактик SPT-CLJ2344-4243 в созвездии Феникса.
Это скопление галактик удалено от Земли на достаточно большое расстояние - около 5,7 миллиарда световых лет, и ученых давно интересовало, что именно подпитывает мощные черные дыры в ее центральных галактиках. Телескоп ALMA помог им найти ответ на этот вопрос, так как он может следить за движением даже самых холодных молекул угарного газа и ряда других веществ, встречающихся в звездных "стройматериалах".
Данные наблюдения раскрыли неожиданную вещь - оказалось, что газ по бокам этих "ушей" неожиданно быстро охлаждался, и возвращался назад в пределы галактики, откуда он был выброшен, двигаясь к ним в виде узких и очень плотных потоков газа длиной в десятки тысяч световых лет.
Этот газ, как предполагают ученые, частично заново поглощается черной дырой, и при этом же попадает в пределы галактики и подпитывает ее запасы "звездных стройматериалов". Общая его масса такова, что его бы хватило для формирования примерно 10 миллиардов новых Солнц.
Подобные процессы, как считает Расселл и ее коллеги, могут объяснять, как ядра многих крупных и активных галактик сохраняют свою активность на протяжении сотен миллионов и миллиардов лет, и почему многие из них до сих пор не "удушили" формирование звезд внутри их галактик.
По мнению астрофизиков, черные дыры могут быть не просто "душителями" жизни в галактик, а работать в качестве своеобразных ограничителей темпов рождения звезд, которые удерживают их на определенном уровне. В противном случае все крупные галактики давно бы исчезли, так как их запасы газа были бы почти мгновенно потрачены на супер-мощную вспышку звездообразования.
Астрономы использовали рентгеновскую орбитальную обсерваторию Чандра и несколько других телескопов, чтобы изучить одну из мощнейших известных черных дыр. Она образовала гигантские структуры в окружающем её раскалённом газе, что не позволило сформироваться триллионам звёзд.
Данная черная дыра находится в центральной области скопления галактик RX J1532.9+3021 (или кратко RX J1532), удалённого от Земли примерно на 3,9 миллиарда световых лет. Её изображение составлено из рентгеновских данных от телескопа Чандра, показывающих горячий фиолетовый газ в скоплении, и оптических данных от орбитального телескопа Хаббл, на которых видны галактики желтого цвета. Скопление имеет большую яркость в рентгеновском спектре, это подразумевает, что оно чрезвычайно массивное, с массой примерно в квадриллион (тысячу триллионов) раз больше солнечной. В центре кластера находится крупная эллиптическая галактика, содержащая сверхмассивную черную дыру.
Большое количество раскалённого газа вблизи центра галактического скопления представляет собой загадку. Светящийся в рентгене горячий газ должен остывать, а плотный газ в центральной области скопления должен охлаждаться гораздо быстрее. Давление прохладного газа ближе к центру кластера обычно понижается, в результате этого газ перемещается далее в сторону центральной галактики, образуя на своём пути триллионы звёзд. Однако, учёные не нашли никаких доказательств подобного всплеска звездообразования в центре данного скопления.
Та же проблема была отмечена во многих других скоплениях галактик, но RX J1532 – это крайний случай, поскольку в нём охлаждение газа должно быть особенно значительным из-за большой плотности газа вблизи центра. Из тысяч известных галактических кластеров лишь менее дюжины подобны RX J1532. Другим крайним случаем является скопление Феникс, в котором, напротив, наблюдается формирование большого количества звёзд.
Что же препятствует формированию молодых звёзд в RX J1532? Снимки от рентгеновского телескопа Чандра и наземного радиотелескопа Very Large Array (VLA) помогли ответить на этот вопрос. Изображение в рентгеновском спектре показывает, что в горячем газе образованы крупные полости с обеих сторон от центральной эллиптической галактики. Учёные специально обработали снимок от Чандра, чтобы выделить эти участки. Обе полости совпадают со струями, заметными на радиоизображениях от VLA. Сверхмассивная черная дыра расположена между этими участками, и это доказывает, что сверхзвуковые струи, произведённые черной дырой, пробурили в горячем газе полости.
Границы ударных волн, как и при звуковых ударах, образуются при расширении полостей и излучении энергии звуковых волн, отражающихся от горячего газа, и являются источником тепла, которое препятствует охлаждению значительной части газа, а, следовательно, процессу звездообразования.
Размер каждой полости составляет около 100 тысяч световых лет, что приблизительно соответствует ширине галактики Млечный Путь. Необходимая для их образования мощность является одной из наибольших в известных скоплениях галактик. Например, эта мощность почти в 10 раз больше, чем требуется для создания подобных образований в созвездии Персея.
Энергия для питания струй должна выделяться веществом, падающим в черную дыру, однако от него не было обнаружено рентгеновского излучения. Это возможно в том случае, если черная дыра является не сверхмассивной, а ультрамассивной, с массой более 10 миллиардов солнц. Подобная черная дыра в состоянии производить мощные струи, не потребляя большого количества массы, поэтому она поглощает всё излучение от падающего в неё вещества, поскольку его не много.
Это можно объяснить также тем, что черная дыра имеет массу всего около 1 миллиарда солнечных масс, но при этом очень быстро вращается. В данном случае, черная дыра может выбрасывать струи большей мощности, чем медленно вращающаяся черная дыра при поглощении равного количества материи. Таким образом, в обоих приведённых объяснениях фигурирует исключительно массивная черная дыра.
Помимо этого, обнаружена более отдаленная полость, расположенная под разными углами по отношению к струям вдоль направления север-юг. Скорее всего, эта полость была создана струей при гораздо более раннем выбросе из черной дыры. При этом возникает вопрос, почему данная полость больше не совпадает со струями. Здесь два возможных объяснения. Либо масштабные движения газа в кластере переместили полость в сторону, либо черная дыра является прецессирующей, то есть колеблется, словно вращающийся волчок.
Статья с описанием данной работы опубликована 10 ноября 2013 года в The Astrophysical Journal и доступна в сети Интернет. Главный автор - Джули Хлавачек-Ларрондо из Стэнфордского университета. Данные Хаббла, используемые при анализе, были из взяты из проекта Cluster Lensing And Supernova survey, возглавляемого Марком Постманом из Научного института космического телескопа.
Руководство программой Чандра осуществляется Центром космических полетов им. Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама, на базе Управления научными миссиями НАСА в Вашингтоне. Контроль над научными и техническими операциями телескопа Чандра производится Смитсоновской астрофизической обсерваторией в Кембридже, штат Массачусетс.
Группы галактик довольно часто описывают в превосходной степени и этому есть вполне резонное объяснение. В конце концов, они представляют собой огромные конгломераты галактик, горячего газа и тёмной материи, а удерживает всё это вместе мощная гравитационная сила. Но есть и обратная сторона их медали: такие группы имеют тенденцию к прекращению производства новых звёзд. По сути в них существует лишь одна гигантская галактика, расположившаяся в середине, которая и образует молодые звёзды, но со значительно меньшей скоростью, чем большинство одиночных галактик, включая наш Млечный Путь. Но, взамен, центральная галактика имеет сверхмассивную чёрную дыру, примерно в тысячу раз большую, чем наша собственная чёрная дыра, если можно так выразиться. И если бы горячий газ, который в изобилии разбросан в центральной галактике, остывал из-за того, что чёрная дыра теряет свою активность, то это могло бы позволить рождаться молодым звёздам. Сейчас считается, что чёрная дыра в ядрах галактик действует как термостат, предотвращая быстрое охлаждение горячего газа и воспрепятствует звёздному формированию.
Однако, получив новые данные от орбитальной рентгеновской обсерватории «Чандра» о скоплении галактик SPT-CLJ2344-4243, которое простым языком называется скоплением Феникса, учёные засомневались в реальности описанной выше тенденции. Это скопление уже побило многие рекорды в прошлом и не удивительно, что оно может чем-то ещё удивить научное сообщество. Так, в 2012 году астрофизики заявили, что, оказывается, эта группа демонстрирует самую высокую скорость охлаждения горячего газа и звездообразования, когда-либо наблюдавшуюся в центре галактических скоплений, а также является источником самого мощного рентгеновского излучения среди всех известных групп.
Новые исследования этой группы в рентгеновских, ультрафиолетовых и оптических длинах волны, проводимые с помощью «Чандры», «Хаббла» и одного из Магеллановых телескопов в Чили, помогли астрономам ещё лучше понять этот замечательный космический объект. Оптические данные от чилийского телескопа показали наличие узких филаментов, простирающихся от центра группы, оттуда, где формируются звёзды. Эти нити только на фоне галактик выглядят маленькими. На самом деле они являются массивными космическими нитями из газа и пыли, простирающиеся, конкретно в скоплении Феникс, на 160000–330000 световых лет. О существовании большинства из них учёные попросту не догадывались, пока не были проведены эти исследования. И в этот раз это скопление поставило рекорд: его филаменты настолько обширны, что они стали самыми длинными из всех когда-либо обнаруженных в скоплениях.
Скопление Феникс с указанием рентгеновских полостей. Сложное изображение рентгеновского, радио и видимого диапазона. Источник: X-ray: NASA/CXC/MIT/M.McDonald et al; Optical: NASA/STScI; Radio: TIFR/GMRT
Скопление Феникс рентген. Источник: NASA/CXC/MIT/M.McDonald et al
Скопление Феникс видимый. Источник: NASA/STScI
