Лаборатория космических исследований

Ульяновская секция Поволжского отделения Российской Академии Космонавтики им. К. Э. Циолковского

Ульяновский Государственный Университет
Немного о скоплениях галактик

   

 

 

      Самые богатые скопления состоят из тысяч галактик, движущихся со скоростями в тысячи километров в секунду.

       Галактики не разбегаются из скоплений, хотя для их удержания необходима масса в 10 раз больше массы видимого вещества.

 

 

 

 

                                              Рис. 1

   По смещению линий в спектрах отдельных галактик скопления оцениваются их скорости. Оказалось, что они достигают тысяч километров в секунду. При таких огромных скоростях галактики должны были бы давно вырваться из скопления. Что их удерживает? Гравитационное поле скопления. Первая его оценка была основана на сумме масс галактик скопления. Масса каждой галактики определялась по известной зависимости между яркостью (светимостью) галактики и ее массой. Суммы масс галактик оказалось недостаточно, чтобы удержать галактики в скоплении.

   Уже первые космические аппараты, наблюдавшие в рентгеновском диапазоне, обнаружили в скоплениях межгалактический газ, масса которого примерно равна массе всех галактик, но и этой дополнительной массы было недостаточно. Чтобы удержать галактики в скоплении необходима масса почти в 10 раз большая. Так при наблюдении скоплений галактик впервые пришли к заключению, что существует необнаруживаемое темное вещество.

   Скопления галактик были впервые использованы и как гравитационные линзы. Этот способ наблюдения за далекими объектами получил очень широкое применение (рис. 2).

                                                                      Рис. 2

   Галактики, обладающие меньшими скоростями, постепенно падают на центральную, самую массивную галактику.

  Массы скоплений так велики, что притягивают удаленные галактики и даже меньшие скопления галактик, разрывают их своим приливным действием и поглощают. Размеры скоплений достигат нескольких миллионов парсе

                                                                    Рис. 3

Скопление галактик  Абель 2146 вытянуло из меньшего скопления поток длиной в миллион световых лет (рис.  3).

  Межгалактический газ имеет темпептуру (10^7) - (10^8) К, что во много раз превосходит температуру в ядре Солнца. В рентгеновском спектре наблюдаются линии водородоподобного железа, это значит, что температура газа так велика, что атом железа потерял 25 электронов из 26. У атомов других химических элементов также очень высокая степень ионизации. Из-за большого количества свободных электронов механизмы излучения тормозное и рекомбинационное.

   Плотность газа исключительно низка: на 1000 куб. см всего одна частица. Чтобы такой газ остыл, потребуется время, соизмеримое с возрастом нашей Вселенной. Но почему он так разогрелся? Полного объяснения пока нет. Одно из предположений состоит в том, что вскоре после образования галактик вещества было много, звезды были очень массивными и взрывались в виде сверхновых, даже гиперсверхновых. Горячий газ, расширяясь, покидал галактики (период остановки звездообразования). Возможно, газ выдувался  в межгалактическое пространство при движении галактик с колоссальными скоростями, а остывать он был не в состоянии из-за очень низой плотности.

   Академик Я.Б. Зельдович и его последователь академик Р.А. Сюняев разработали метод обнаружения далеких скоплений галактик по их излучению в субмиллиметровой области спектра. Микроволновое реликтовое излучение, проходя сквозь скопление галактик, взаимодйствует с горячим газом, в результате на месте скопления появляется область со спектром, отличающимся от спектра реликтового излучения. Сотни таких областей в субмиллиметровом диапазоне зафиксировала космическая обсерватория Планк. Многие космические аппараты, работающие в других интервалах спектра, и земные обсерватории устремились наблюдать эти области с целью обнаружить и изучить особенности далеких, ранних, галактик. Ведь пока нет единого мнения о происхождении и эволюции скоплений галактик.

   Астрономическая обсерватория Казанского университета активно участвует в этой международной программе.

   «В Казанском федеральном университете скопления галактик начали исследовать примерно 5 лет назад с помощью 1.5-метрового телескопа РТТ-150, установленного в Турции. За это время казанскими астрономами совместно с коллегами из Института космических исследований РАН (Москва) и Государственной обсерватории ТЮБИТАК (Турция) была проделана большая работа по их отождествлению.»

«Первые шаги по отождествлению скоплений галактик мы сделали вместе с командой спутника PLANCK. Эта космическая обсерватория  обнаружила 1,5 тысячи массивных скоплений с использованием эффекта Сюняева-Зельдовича, из которых 400 было неотождествленных. С помощью РТТ-150 мы отождествили около 50 новых (неизвестных ранее) скоплений галактик.» 

   В настоящее время наибольший интерес ученых к скоплениям галактик связан с темным веществом.

Как всегда, уважаемый автор RMR_astra представила очень интересный материал.

      Скопления галактик очень рельефно представляют современную науку о темноте! В современной космологии и астрофизике играют важную роль темная материя и темная энергия. Но о них мы мало что знаем. Есть еще темная эпоха, когда свет оторвался от вещества и стал блуждать в уже бескрайней Вселенной. Так что можно сказать, что современная космология и астрофизика - науки о темноте.

      Со временем мы, наверное, приоткроем завесу над темнотой. Но есть проблемы и со светом. Это неравномерное распределение светящейся материи на больших масштабах. Что собирает галактики в скопления? Возможно,  это темная материя. Но есть такие точки в пространстве, к которым стягивается все вещество в окрестности радиусом в десятки и сотни миллионов световых лет. Таким является Великий аттрактор ("Великий притягиватель"), лежащий в созвездии Наугольник, видимом в Южном полушарии. Центром Великого аттрактора   является кластер Норма. Этот кластер плохо виден из-за того, что луч зрения в него лежит в плоскости нашей Галактики, в которой много поглощающих свет газа и пыли. Но там находится что-то такое, что притягивает вещество из огромного пространства вокруг него. В том числе мы тоже вместе с нашей галактикой падаем туда. Путь не близкий и займет десятки миллиардов лет. Но что там - мы не знаем.

       Для иллюстрации сказанного приведу пару картинок, дающих представление о распределении темной материи, темной энергии и обычного вещества. Серые прожилки - темная энергия (72%), черные прожилки - темная материя (24%), желтые области, которых очень мало, - обычное вещество (4%). На нижней картинке указаны названия скоплений. Следует помнить, что картинки являются условными изображениями, дающие лишь качественное представление о рспределении материи в видимой части Вселенной.

По содержанию комментарий уважаемого zhvictorm самостоятельная статья. По-моему, его лучше так и напечатать, тогда пользователи сайта скорее прочтут и увидят прекрасные иллюстрации.

 

        4 ноября 2019 года на нашем сайте опубликована новая статья уважаемой RMR_astra о скоплениях галактик, и в этот же день (удивительное совпадение!) вышел еженедельный номер популярной газеты "Моя семья", в которой среди семейно-бытовых проблем нашлось место для заметки о галактиках. Вот журналистское изложение научной темы:

          Солнце является лишь крохотной песчинкой, затерянной среди миллиардов звезд Млечного Пути. Но и наша Галактика - такая же песчинка в безбрежных просторах Ланиакеи - гигантского конгломерата сверхскоплений галактик, внешне напоминающего огненное перо или искру в ночи.

     Красная точка на этой иллюстрации указывает место нашей Галактики Млечный Путь (Milky Way) в Ланиакее. По-гавайски это красивое слово означает "необъятные небеса". Вообразить масштабы Ланиакеи нелегко. Размеры нашего сверхгалактического скопления превышают 520 миллионов световых лет. Для сравнения: диаметр нашей Галактики равен лишь 100 тысячам световых лет.

     Но даже объекты вроде Ланиакеи не являются самыми большими структурами во Вселенной. Вместе с соседними галактическими скоплениями Ланиакея входит в гиперскопления галактик. Чтобы увидеть Ланиакею, необходимо покинуть не только Млечный Путь, но и все окружающие нас скопления и даже сверхскопления галактик и оказаться в войде - чудовищной пустоте между галактическими ячейками, где на сотни миллионов лет нет ни галактик, ни звезд, ни планет.

      А если представить, что кому-то надо отправить нам письмо с окраин Бытия, то наш полный космический адрес выглядит так:

Вселенная

Метагалактика

Нить Персея-Пегаса

гиперскопление Рыб-Кита

Ланиакея

Сверхскопление Девы

Местная группа галактик

Галактика Млечный Путь

рукав Ориона

Солнечная система

планета Земля

Россия

...    

Уважаемая Полина!

Очень интересно! Будем ждать письмо из другой Вселенной.