Галактические скопления - это крупнейшие известные структуры вселенной, которые связаны гравитационно. В центре таких скоплений, массы которых достигают 10 000 масс таких галактик, как Млечный Путь, часто располагается гигантская галактика. Например, в галактическом скоплении Девы (Virgo) центральная галактика называется Messier 87 (М87), и именно в ней располагается сверхмассивная черная дыра, сенсационный снимок которой облетел весь мир несколько дней назад.

Филаменты в спектре H-альфа (красного цвета) спиральной галактики с перемычкой Messier 90 (М90), которая является частью галактического скопления Девы. Фото: Alessandro Boselli/LAM

Из-за своей циклопической массы галактические скопления притягивают к себе материю из своих ближних и даже дальних окрестностей. В результате, в общее «гравитационное корыто» затягиваются галактики, как группами, так и по отдельности, а также огромные количества газа. Однако подавляющее большинство галактик в скоплении бедны газом, в отличие от «поля», то есть пространства за пределами скопления. Но какие же процессы приводят к тому, что галактики теряют газ? Исследованием этого вопроса занималась международная группа ученых при участии в ней Герхарда Хенслера из Венского университета. А результаты их работы появились недавно в журнале Astronomy and Astrophsics.

Ближайшее к Земле галактическое скопление

Для изучения потерь газа в скоплениях галактик и понимания процессов, лежащих в основе этого явления, была начата программа наблюдений на канадско-французско-гавайском телескопе (CFHT) под общим руководством французских ученых. В рамках этого проекта астрофизики изучают H-альфа-газ галактик в галактическом скоплении в созвездии Девы, которое находится ближе всего к Земле - «всего» в пятидесяти миллионах световых лет от нас. Именно поэтому проект получил название Virgo Environmental Survey Tracing Ionized Gas Emission (Съемка окружения скопления Дева, отслеживающая выбросы ионизированного газа) (VESTIGE).

В то время как газ скопления галактик разогрет до десятков миллионов градусов, гораздо более холодный газ в галактиках может нагреваться при столкновении газовых потоков и при радиационных процессах. Такие нагревательные процессы принуждают газообразный водород, безусловно, самый распространенный элемент во вселенной, высвобождать эту энергию, которая проявляется свечением в своей спектральной линии H-альфа.

Зрелищные газовые филаменты

В ходе исследования была детально изучена центральная галактика скопления Девы M87, которая считается показательным объектом во взаимодействии активного массивного ядра с его окружением. В центре M87 располагается та самая черная дыра массой в миллиарды солнц, которая поучила имя Powehi и является первой черной дырой, зафиксированной на фотоснимке. Она действует подобно гигантской «энергетической машине», которая выбрасывает огромные газовые струи.

Используя изображения в спектре H-альфа, а также в общих спектрах, исследователи обнаружили впечатляющие филаменты (нити) и полосы ионизированного газообразного водорода, которые простираются от центра примерно на десять-двадцать пять тысяч световых лет в разных направлениях и ослабляются только на расстоянии примерно 60 000 световых лет от точки своего начала. Для сравнения, наш Млечный Путь имеет диаметр около 100 000 световых лет. Эти газовые структуры пронзают и область внутренней пыли, то есть твердые частицы, протянувшуюся на 9 000 световых лет. Особенно примечательны здесь скорости турбулентных потоков - от 700 до 800 километров в секунду, при длине всего 3000 световых лет в центральном диапазоне. Исходя из спектральных линий, ученые приходят к выводу, что газ нагревается ударными фронтами, возникающими в результате взаимодействия центральных струй с газом, который, вероятно, попадет в галактику из ее окружения.

Непрерывная потеря газа из-за «встречного ветра»

Наряду с таким новым взглядом на активное ядро галактики M87, исследование также занимается потерями газа из галактик – этот процесс ясно виден на примере галактики NGC 4569. Один из процессов, лежащих в основе этого, возникает вследствие движения галактик под действием неподвижного горячего газа галактического скопления, который создает «встречный ветер» - очень похожий на тот, который мы чувствуем, когда катаемся на велосипеде, но несравненно более сильный - со скоростью 1000 километров в секунду. Многие другие галактики в скоплении Девы остались не просто «обескровленными» из-за этой потери газа: в условиях отсутствие газа не может быть и звездобразования. С другой же стороны, ученые выяснили, что в некоторых «сорванных» газовых сгустках образуются звездные скопления, которые затем «летают» в межгалактическом пространстве, распознаваемые в ультрафиолете как комки или узлы, например, NGC 4254.

При каких условиях это происходит, сейчас исследуется в рабочей группе в Венском университете на основе цифрового моделирования. В Млечном же Пути такой эффект неизвестен. Его звезды, как и наша Солнечная система, в которой находится Земля, были созданы исключительно в пределах газового диска галактики в последние десять миллиардов лет. «Поэтому галактическое скопление в Деве, которое является ближайшим к Земле, как раз и представляется лучшим вариантом для изучения поведения галактик в разнообразных и интенсивных условиях окружающей среды», - говорит Хенслер. - «Мы продолжим те же исследования на еще одним близком галактическом скоплении Печи, которое можно наблюдать в южном небе с помощью телескопов Европейской Южной обсерватории (ESO)».