Скоплениям галактик требуются целые эпохи, чтобы столкнуться. Совсем недавно астрономы обнаружили пару сливающихся скоплений на промежуточной стадии, которую никогда раньше не видели.
Команда, возглавляемая Сяоюань Чжаном (Лейденский университет и Нидерландский институт космических исследований СРО), использовала рентгеновскую обсерваторию НАСА «Чандра» для картирования распределения горячего газа в объединяющейся паре кластеров под названием ZwCl 2341+0000, которая находится на расстоянии около 3 миллиардов световых лет в созвездии Рыб.
Команда наблюдала за удаленной парой кластеров в течение 57 часов, собирая несколько тысяч рентгеновских фотонов. Наблюдения выявили острую конусообразную структуру горячего газа между сталкивающимися кластерами, один из которых примерно в три раза массивнее другого. “Это было действительно неожиданно», — говорит соавтор Аврора Симионеску.
Когда два скопления сталкиваются, их отдельные галактики проходят “сквозь” друг друга относительно спокойно. Точно так же, как огромное количество темной материи в скоплениях, галактики “не сталкиваются”, то есть на них влияет только их взаимная гравитация. Горячий, излучающий рентгеновские лучи внутрикластерный газ, однако, сталкивается, что приводит к так называемым “холодным фронтам” на границе раздела газовых объемов различной температуры.
На ранних стадиях слияния эти структуры имеют довольно грубый внешний вид – известный пример можно увидеть в кластере Пуль. На завершающих стадиях структуры, как правило, сворачиваются сами по себе, как разбивающиеся волны, придавая им вид языка или рогатки. Астрономы часто наблюдали обе формы – тупую “пулю” и волнистый “язык”, — но острая форма конуса, наблюдаемая в ZwCl 2341+0000, была новой.
Чжан и его коллеги связались с Джоном Цзухоном (Центр астрофизики, Гарвард и Смитсоновский институт), который с 2011 года проводит компьютерное моделирование столкновений и слияния скоплений галактик. Согласно ZuHone, такое моделирование показывает, что свойства кластера, такие как масса и плотность, влияют на распределение газа, испускающего рентгеновские лучи, а также параметры столкновения, такие как угол и скорость.
В 2019 году Зухон и Брайан Бржицки (Калифорнийский университет, Беркли) опубликовали более сложные модели, которые также учитывали эффекты магнитных полей. “Когда линии магнитного поля окутывают холодные фронты, они, как правило, подавляют развитие возмущений скорости”, — говорит ЦуХоне. При наличии магнитных полей, удерживающих газ, в результате получается гораздо более узкая структура с относительно острыми краями, длина которых может превышать миллион световых лет.
Новое магнитогидродинамическое моделирование, разработанное специально для случая ZwCl 2341+0000, успешно воспроизвело конусообразную структуру как относительно недолговечную особенность, длящуюся всего несколько сотен миллионов лет. В конце концов газ упадет обратно в гравитационный колодец темной материи, говорит ЗуХоне, “плескаясь немного, как вино в бокале”.
Наблюдения Чандры и результаты последних компьютерных симуляций опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics (препринт доступен здесь). Кластер “вероятно, находится в недолговечной фазе, которая редко наблюдается, и является примером сложного перехода между морфологией, подобной пуле, и развитием хвоста рогатки”,-пишут авторы.
По словам Симионеску, новые изображения ZwCl 2341+0000 дают представление о том, как знаменитое скопление Пуль может изменить свою форму через несколько сотен миллионов лет. Столкновения кластеров разыгрываются в очень медленных временных масштабах, добавляет ZuHone, но самое приятное в компьютерном моделировании то, что оно позволяет ускорить время и поместить один моментальный снимок наблюдения в контекст фильма продолжительностью в миллиард лет.
