Открытие горячего газа в скоплении галактик Abell 2390: новое изображение от миссии космического телескопа Euclid
Объединив новое изображение гигантского скопления галактик, полученное миссией телескопа Европейского космического агентства (ESA) Euclid, с более ранними рентгеновскими данными, учёные продемонстрировали, что галактические скопления заполнены огромным количеством газа, температура которого может достигать 100 миллионов градусов по Цельсию (180 миллионов градусов по Фаренгейту).
Изображение скопления галактик Abell 2390, расположенное на расстоянии 2,7 миллиарда световых лет от нас в направлении созвездия Пегаса, было недавно получено миссией Euclid, разработанной для изучения тёмной материи и тёмной энергии путём исследования явлений гравитационного линзирования в скоплениях галактик. Поскольку эти скопления содержат колоссальное количество массы — до десяти триллионов солнечных масс, — они способны изгибать ткань пространства-времени вокруг себя, деформируя её до такой степени, что свет от далёких галактик на заднем плане становится увеличенным. Эффект линзирования Abell 2390 наиболее выражен, растягивая, деформируя и усиливая свет других галактик, находящихся на миллиарды световых лет дальше.
Однако большая часть массы скопления галактик не находится в его галактиках. Фактически, они вносят лишь около 5% от общей массы скопления. Наибольший вклад вносят горячий газ между галактиками в скоплении, который составляет около 15% массы скопления, и тёмная материя, которая составляет колоссальные 80% от массы Abell 2390. Хотя можно сделать вывод о наличии тёмной материи по степени гравитационного линзирования, напрямую её не увидеть. Однако можно видеть газ благодаря рентгеновскому зрению миссии ЕКА XMM-Newton, которая обнаружила этот газ в Abell 2390 ещё в 2001 году.
На новом составном изображении изображение Abell 2390, полученное миссией Euclid, которое охватывает около 50 000 галактик, многие из которых не находятся в Abell 2390, который виден в центре изображения и сам по себе содержит тысячи галактик. Самые далёкие фоновые галактики, далеко за пределами даже Abell 2390, кажутся красными, потому что их свет был смещён в красную область из-за расширения Вселенной. Также можно увидеть несколько звёзд переднего плана, выделенных их дифракционными пиками.
На данные от Euclid в видимом свете наложено обнаружение рентгеновского излучения скопления, полученное XMM-Newton. Оно производится ионизированным водородным газом с температурой в диапазоне от 10 миллионов до 100 миллионов градусов по Цельсию. При таких температурах газ испускает только рентгеновское излучение, поэтому голубое свечение является ложным цветным представлением рентгеновского сигнала. Рентгеновские лучи наиболее яркие по направлению к центру скопления, где внутрикластерный газ наиболее горячий и концентрированный.
В центре Abell 2390, среди всего этого горячего газа, находится то, что известно как ярчайшая скопленная галактика, или BCG. Каждое крупное скопление галактик имеет одну из них — в соседнем скоплении Девы BCG — это Мессье 87. BCG — это гигантская эллиптическая галактика с активной сверхмассивной чёрной дырой в её ядре, обратная связь от которой — в виде исходящего излучения — может нагревать внутрископленный газ и даже предотвращать звездообразование в других галактиках скопления.
В результатах наблюдения BCG Abell 2390 с помощью ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) в Чили учёные выявили гигантский шлейф, содержащий более 10 миллиардов солнечных масс молекулярного газа, простирающийся почти на 50 000 световых лет от BCG. Учёные полагают, что шлейф, возможно, является результатом гравитационного возмущения, возникшего либо из-за того, что другая галактика прошла близко к BCG или даже слилась с ней в переполненных окрестностях Abell 2390. Возмущение, вызванное таким событием, может быть достаточным, чтобы заставить BCG и окружающее его гало тёмной материи отделиться от галактики или отделиться от внутрикластерного газа, оставив след газа, подобный тому, что ALMA обнаружила в шлейфе.
Тем временем, на радиоволнах, низкочастотная антенная решётка LOFAR в Европе обнаружила различные «лепестки» радиоизлучающих частиц вокруг BCG Abell 2390. Эти «лепестки» были созданы прерывистой, но мощной струёй, исходящей из активной чёрной дыры в центре BCG. Они имеют разный возраст и направлены в разные стороны, что означает, что джет — и, следовательно, ориентация чёрной дыры и окружающего её аккреционного диска газа, который питает струю, — прецессирует. Другими словами, она колеблется регулярным образом, струя вычерчивает круг над осью вращения чёрной дыры. Струи могут нагревать окружающую среду внутри скопления, но в настоящее время они, по-видимому, находятся в фазе покоя, а горячий газ, излучающий рентгеновские лучи, медленно остывает и падает обратно в центр скопления, где он может снова стать «топливом» для активной чёрной дыры BCG.