Міжнародна група дослідників за допомогою рентгенівського спектрографа XRISM відповіла на питання, чому газ у скупченнях галактик ніколи не охолоджується.

Це відкриття слугує відповіддю на давнє питання, як саме еволюціонують та взаємодіють між собою галактики, та чому газ всередині них залишається гарячим, попри те, що він постійно випускає потужне рентгенівське випромінювання у космос. Астрономи вже тривалий час схиляються до думки, що скупчення галактик збільшуються шляхом постійного злиття та зіткнень, але досі не могли отримати прямих доказів цих процесів.

У новому дослідженні спектрограф XRISM надав остаточні докази цих процесів у самому серці скупчення галактик. Центральні області скупчення галактик залишаються одними з найяскравіших джерел рентгенівського випромінювання. Теоретично, через постійне випромінювання газ має поступово охолоджуватись внаслідок процесу, відомого як радіаційне охолодження.

Однак спостереження вказують на те, що газ залишається надзвичайно гарячим, кидаючи виклик очікуванням науковців, та змушуючи їх шукати відповідь на це питання.

За однією з гіпотез, постійний рух газу відіграє ключову роль у підтримці високих температур, однак досі в астрономів не було відповідних інструментів для того, щоб підтвердити це. З використанням XRISM міжнародна група астрономів (XRISM Collaboration) змогла точно виміряти швидкість руху гарячого газу у ядрі скупчення галактик.

Зроблені науковцями висновки демонструють, що газ постійно рухається, «плескаючись» вперед-назад у відповідь на минулі зіткнення та злиття. Ці коливання підтримують газ у стані перемішування, не даючи йому змоги охолонути й підтримуючи високі температури у скупченнях.

Це відкриття стало великим проривом у розумінні науковцями процесів формування галактик та еволюції скупчень. XRISM з безпрецедентною деталізацією продемонстрував динаміку руху газу та надав науковцям інформацію стосовного того, як продовжують розвиватись найбільші космічні структури у Всесвіті.

Яку роль грає темна матерія та гравітація у процесі еволюції галактик

Всі великі космічні структури, на кшталт нашої Сонячної системи та галактик, тим паче, їхніх скупчень, формувались поступово, під дією гравітації. Найбільш відомими структурами у Всесвіті, які були сформовані у процесі злиття та зіткнень, є скупчення галактик. Ці величезні масиви утримуються разом внаслідок гравітаційного тяжіння загадкової темної матерії, з якої складається більша частина маси Всесвіту.

Однак найбільшу масу у скупченнях галактик представляє саме газ, який складається з водню та гелію, що залишились після Великого вибуху. Коли цей первинний газ потрапляє до скупчення галактик, велика енергія гравітаційної взаємодії перетворює його у перегрітий газ з температурою у десятки мільйонів градусів.

За умови таких екстремальних температур газ починає випускати рентгенівське випромінювання, дуже важливе для астрономів, які вивчають еволюцію та динаміку скупчень. Маса цього газу значно перевищує масу самих галактик.

З грудня 2023 року по січень 2024 року дослідницька група використовувала XRISM для спостереження за найближчим скупченням галактик — скупченням Центавра, розташованим приблизно за 100 млн світлових років від Землі. Метою було дослідження руху гарячого газу в ядрі скупчення галактик.

За допомогою XRISM астрономи проаналізували рентгенівський спектр у центрі скупчення. Спостереження показали, що гарячий газ у центрі скупчення Центавра тече до Землі зі швидкістю від 130 до 310 км/с. 

Дослідники порівняли спостереження з моделями розрахунків і дійшли висновку, що минулі зіткнення та злиття галактик відіграють ключову роль у русі газу, яка спостерігається.

Завдяки такій деталізації швидкості гарячого газу це дослідження знаменує великий крок вперед у наших знаннях про великомасштабну космічну еволюцію. Відкриття цих динамічних швидкостей газу поглиблює наше розуміння скупчень галактик, а й має потенціал значно просунути наше розуміння формування та еволюції інших небесних тіл у Всесвіті.

Телескоп Джеймса Вебба показав, як голодна чорна діра «пожирає» власну галактику

Матеріал опублікований у журналі Nature

Джерело: SciTech Daily