Карамболь космических масштабов. Впервые астрономам удалось наблюдать два скопления галактик в начальной фазе их столкновения - одно из самых драматических событий в космосе. Ударная волна от столкновения создает перемычку из сжатого газа, нагретого до 100 миллионов градусов - и это хорошо видно с помощью рентгеновских телескопов. Как сообщают астрономы в журнале Nature Astronomy, исследователи впервые в истории наблюдают такой первый контакт двух сливающихся галактических скопления.
Это составное изображение показывает самое начало столкновения галактических скоплений 1E2216 и 1E2215. Скопления отображаются синими в рентгеновском свете, ударная волна от столкновения горит красным в диапазоне радиоволн. © NASA/CXC (X-rays); SDSS (optical); GMRT (radio); Liyi Gu et al. 2019
Галактические скопления являются крупнейшими структурами космоса. Они включают в себя от сотен до тысяч галактик, связанных гравитационными взаимодействиями, и могут достигать массы в несколько квадриллионов солнечных масс. Согласно популярной теории, гигантам требуется несколько миллиардов лет, чтобы вырасти до столь огромных размеров, сталкиваясь с соседними галактиками и галактическими скоплениями.
Космические энергетические центрифуги
«Столкновения между скоплениями галактик являются самыми энергетически насыщенными событиями во Вселенной со времен Большого взрыва», - говорит ведущий автор Лию Гу из лаборатории астрофизики высоких энергий RIKEN в Японии. - «Ударные волны, возникающие при таком синтезе, являются, вероятно, наиболее важными ускорителями частиц в космосе. Они выделяют огромное количество тепла, излучения и высокоэнергетических космических частиц».
Но проблема заключался в том, что до сих пор большинство знаний по таким столкновениям было получено на базе исключительно теоретического моделирования, а также, исходя из наблюдений скоплений галактик, которые уже столкнулись. Астрономам до сих пори не удавалось поймать двух таких гигантов, так сказать, в действии - в короткой фазе первого контакта продолжительностью «всего» около 100 миллионов лет. В этой так называемой фазе предварительного слияния сначала сталкиваются внешние области кластеров, прежде чем впоследствии сольются и их центры.
Два кластера в первом контакте
И вот, наконец, это удалось. Гу и его команда выследили два скопления галактик, которые как раз находятся в этой критической фазе столкновения. Галактические скопления 1E2216 и 1E2215 расположены на расстоянии около одного миллиарда световых лет от Земли и, как ожидается, будут продолжать двигаться навстречу друг другу еще в течение миллиардов лет. Наблюдения сразу с нескольких рентгеновских телескопов, включая XMM-Newton от ESA и Chandra от NASA, четко подтверждают, что столкновение обоих гигантов только началось.
«Нам невероятно повезло, что мы стали свидетелями этого первого контакта между двумя кластерами», - говорит соавтор исследования Йелле Каастра из Лейденского университета. Сделанные с помощью телескопов снимки показывают, что центры двух примерно равных галактических скоплений все еще находятся на расстоянии около двух миллионов световых лет друг от друга, но их краевые области уже столкнулись.
Ударная волна из горячего газа
В зоне контакта между двумя скоплениями галактик лежит полоса горячих сжатых газов, которая расширяется наружу. «Шок от столкновения создал здесь область горячего газа с температурой 100 миллионов градусов», - говорит Гу. - «Этот ударный фронт устремляется наружу из центра зоны столкновения вдоль экваториальной плоскости». На основе полученных данных астрономы определили, что ударная волна от столкновения движется со сверхзвуковой скоростью.
Распределение температуры горячего газа в области контакта двух сталкивающихся скоплений галактик. © ESA/XMM-Newton; GMRT; Liyi Gu et al. 2019
«Это наблюдение согласуется с теоретическими моделями. Они предсказывают, что первые ударные волны происходят еще до столкновения ядер кластеров», - говорят исследователи. Хотя столкновение двух галактических скоплений только началось, выделяемая энергия уже огромна. «Ударная волна лишь на юго-востоке в два раза больше рентгеновской светимости обоих скоплений галактик», - сообщают Гу и его команда. - «При этом северо-западный отрог ударной волны тоже должен иметь сходную кинетическую энергию».
Ценные изображения
Наблюдение за этим столкновением дает теперь астрономам возможность получить ценную информацию об этой первой фазе слияния галактических скоплений. «Открытие раскрывает важную эпоху в формировании массивных скоплений», - объясняют исследователи. - «Ведь возникающие при этом ударные волны, наряду с последующими аксиальными ударами, переносят значительное количество кинетической энергии за пределы границ скопления». А эта энергия затем помогает нагреваться и изменять межгалактическую среду.
Исследователи надеются увидеть еще больше деталей этого столкновения галактических скоплений с помощью рентгеновских телескопов следующего поколения. В 2021 году в космос будет запущен рентгеновский спутник XRISM, в 2031 году - рентгеновская обсерватория «Афина», инструменты которой будут в 100 раз более чувствительны, чем у космических телескопов Chandra или XMM-Newton. А недавно запущенный рентгеновский телескоп eROSITA тоже сможет помочь при картировании галактических скоплений идентифицировать и другие примеры кластеров в фазе перед слиянием.
0
