Найдено самое массивное из далёких скоплений галактик

Скопления галактик представляют собой самые массивные гравитационно связанные объекты во Вселенной. На снимке скопление Abell S1063.

Фото NASA, ESA, M. Montes (University of New South Wales).

Массу скопления галактик можно измерить с помощью гравитационного линзирования. На снимке скопление Abell 1689.

Фото NASA/ESA/JPL-Caltech/Yale/CNRS.

Астрономы установили, что скопление галактик SPT-CL J2106-5844 (сокращённо SPT2106) имеет рекордную массу в несколько сотен триллионов солнц. Специалисты также выяснили внутреннее строение гиганта. В этом им помог прославленный телескоп "Хаббл".

Достижение описано в препринте научной статьи, опубликованном на сайте arXiv.org.

Скопления галактик – самые большие гравитационно связанные объекты во Вселенной. Этот термин означает, что суммарная энергия взаимного притяжения галактик в скоплении больше, чем энергия их механического движения. Таким образом, скопление галактик устойчиво: гравитация удерживает звёздные системы от разлёта. В этом смысле скопления галактик являются самыми большими в мире целостными объектами.

Скопление SPT2106 было открыто в 2011 году. Оно имеет красное смещение 1,13, то есть его свет путешествовал к Земле 8,3 миллиарда лет (напомним, что Большой взрыв произошёл примерно 13,8 миллиарда лет назад).

Наблюдения разных научных групп свидетельствовали, что этот кластер чрезвычайно массивен. Некоторые астрономы заговорили о рекорде среди скоплений галактик с красным смещением более единицы (то есть достаточно удалённых). На это указывали, в частности, наблюдения объекта в рентгеновских лучах. Так, только в диапазоне энергий фотонов от 0,5 до 2 килоэлектронвольт его мощность составляет порядка ста миллиардов полных солнечных светимостей (!).

Однако оценкам массы не хватало точности. По одним данным, речь шла о 880 триллионах солнц, а по другим – о 1300 триллионах. Для сравнения: масса Млечного Пути составляет порядка одного триллиона солнц.

В новом исследовании астрономы из США и Южной Кореи определили массу SPT2106 методом слабого гравитационного линзирования. Поясним, что это такое.

Согласно общей теории относительности Альберта Эйнштейна, гравитация искривляет траектории лучей света. Таким образом, любой массивный объект работает как линза (будто притягивает к себе свет, исходящий от далёких объектов). Этот эффект многократно проверен на практике. Когда тяготение создаёт явно искажённые изображения одиночных источников света, речь идёт о сильном линзировании. Но обычно эффект можно заметить, только статистически изучив изображения множества источников. В этом случае и говорят о слабом гравитационном линзировании.

Массу скопления галактик можно измерить с помощью гравитационного линзирования. На снимке скопление Abell 1689.

Используя этот эффект, исследователи проанализировали полученные "Хабблом" изображения и вычислили массу кластера. Она оказалась равна от 7,4 до 13,7 сотен триллионов (1014) солнц с систематической погрешностью ± 1,0 × 1014 солнц. Авторы подчёркивают, что погрешность их расчётов значительно меньше, чем у предыдущих оценок, и что они проверили надёжность своих результатов несколькими способами.

Полученные цифры подтверждают, что SPT2106 имеет рекордную массу среди далёких (с красным смещением больше единицы) скоплений галактик. Впрочем, существует протоскопление галактик (кластер, формирование которого ещё не завершилось), оставляющее нынешнего рекордсмена далеко позади.

Кроме того, учёные установили внутреннее строение объекта. Выяснилось, что помимо основной части скопления, содержащего львиную долю его массы, существует ещё одно сгущение, расположенное примерно в 2,1 миллиона световых лет к западу.

Главная часть кластера, в свою очередь, разделяется на северо-западную и юго-восточную структуры, разделённые расстоянием около 500 тысяч световых лет (примерно пять диаметров Млечного Пути). При этом северо-западная область является самой яркой частью кластера в рентгеновских лучах, а юго-восточная – по-видимому, самой плотной.

По мнению авторов, такое строение указывает на то, что SPT2106 – гигантская система сливающихся галактик.

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о ещё более далёких и массивных объектах – грандиозных сверхскоплениях галактик. Чувствительные современные телескопы фиксируют всё новые рекорды их массы и удалённости. Однако сверхскопления, в отличие от скоплений, не являются гравитационно связанными. Это значит, что со временем составляющие их звёздные системы могут разлететься кто куда.