Рентгеновский телескоп eROSITA на российско-немецкой космической обсерватории «Спектр-РГ» обнаружил самую длинную «нить» межгалактического газа. Открытый объект входит в фундаментальную структуру Вселенной и даёт ответы вопросы о нахождении и природе скрытой барионной материи.
Новейшая космическая обсерватория «Спектр-РГ» продолжает приносить богатый урожай научных открытий. Летом она закончила свой [https://vk.com/wall-47256091_300091|первый полный обзор неба], детальность которого многократно превысила все предыдущие результаты. Теперь же стоящие за проектом учёные начинают более детальное изучение некоторых наиболее интересных объектов.
Два основных научных инструмента «Спектра-РГ» — рентгеновские телескопы eROSITA и ART-XC. Они снимают небо в диапазоне 0,2-30 кэВ. Этому соответствует излучение с длиной волны 4-43 нм, которое испускает раскалённое до очень больших температур вещество. Телескопы могут наблюдать как самые энергетически мощные процессы по Вселенной, так и более «тонкие» явления и структуры.
Все галактики погружены в среду из разреженного межгалактического газа, разогретого до миллионов градусов. Их скопления и сверхскопления теоретически должны быть связаны между собой длинными «нитями» — филаментами — из этого газа, которые напоминают паутину. Их можно назвать «отпечатками» изначальных неоднородностей плотности ранней Вселенной. По современным оценкам, на газ в таких нитях должно приходиться до половины массы обычной барионной материи. По сути, это основной компонент крупномасштабной структуры Вселенной, который до сих пор ускользал от нашего взгляда.
Из-за чрезвычайной разреженности вещества в них, наблюдение таких нитей — сложная задача. Хорошая новость для учёных в том, что возле близко расположенных скоплений галактик плотность материи в филаментах возрастает. Поэтому ярче становится и излучение этого горячего разреженного газа, которое приходится на рентгеновский диапазон. По этой причине группа из трёх взаимодействующих скоплений галактик Abell 3391/95, свет от которой шёл до Земли 700 миллионов лет, была для учёных подходящим местом для поиска филаментов.
За предыдущие десятилетия эту группу скоплений изучали космические рентгеновские телескопы SUZAKU, XMM-Newton и Chandra. Также внёс свой вклад Эффельсбергский радиотелескоп, который наблюдал за эффектом Сюняева-Зельдовича — изменением интенсивности реликтового радиоизлучения при прохождении через межгалактический газ. Все эти научные приборы обнаружили признаки существования горячего газа между скоплениями галактик, но столкнулись с трудностями при определении крупномасштабной морфологии структуры. Кроме того, нашлись расхождения температуры газа с моделями. Поэтому у исследователей оставались сомнения, действительно ли обнаруженный газ находится в филаменте — колоссальном мосту вещества между скоплениями галактик?
Чтобы закрыть этот пробел знаний, исследовательская команда учёных из 19 институтов по всему миру изучала область в 15 квадратных градусов возле группы скоплений галактик Abell 3391/95. Вместе с набором данных рентгеновского телескопа eROSITA российско-немецкой космической обсерватории «Спектр-РГ» они использовали результаты наблюдений в оптическом (с телескопа DECam), инфракрасном (архивные данные космической обсерватории IRAS) и радиодиапазоне (полученные системой радиотелескопов Australian Square Kilometre Array, радиообзора неба Effelsberg-Bonn HI Survey, обсерваторией Паркса, а также с зонда Planck). Это позволило учёным создать уникальную комбинацию высокой чувствительности и разрешения наблюдений на большой площади неба, чтобы показать в действии эволюцию крупномасштабной структуры Вселенной.
Как оказалось, система скоплений галактик Abell 3391/95 входит в состав очень крупной структуры, которая протянулась на небе с севера на юг. Обнаружить её позволило широкое поле зрения и чрезвычайно высокая чувствительность рентгеновского телескопа eROSITA. На представленном изображении большая часть точечных источников на самом деле не звёзды, а сверхмассивные чёрные дыры, активно поглощающие вещество. Центр снимка занимают три главных скопления системы Abell 3391/95, а туманные пятна на периферии представляют собой меньшие скопления галактик на самых разных расстояниях.
Для проверки своих теорий современные учёные часто прибегают к помощи компьютерного моделирования. Одна из таких моделей — Magneticum, которая замахнулась ни много ни мало — на эволюцию Вселенной на основе известной физики. Проверка теории заключается в сравнении результата моделирования с реальными структурами Вселенной. И авторы исследования сумели найти в каталоге Magneticum сразу несколько систем скоплений галактик, которые выглядят почти так же, как и реальная система Abell 3391/95. Это подтверждает правильность модели с мостами-филаментами в крупномасштабной структуре Вселенной.
На представленном изображении в рентгеновском, инфракрасном и радиодиапазоне мы наблюдаем за эволюцией Вселенной в действии: в узлах паутины космических нитей массивные сгущения вещества образуют скопления галактик, а возле центров масс вдоль филаментов концентрируются меньшие группы галактик. На всех длинах волн наблюдается одна и та же динамика вещества в разных формах. Вместе она объединяется в структуру длиной более 50 миллионов световых лет. Учёные предполагают, что она может оказаться ещё больше, и они увидели пока лишь её часть.
Работа обсерватории «Спектр-РГ» продолжается. Главное преимущество рентгеновского телескопа eROSITA — большая «глубина проникновения» его взора и, как следствие, огромное количество изучаемых структур. Это позволит за годы получить о них подробную информацию, увидеть их изменения на разных этапах эволюции и уточнить физические свойства крупномасштабной структуры Вселенной. Основная научная программа космической обсерватории рассчитана до конца 2025 года.
Автор: Дмитрий Логинов
Источник: https://www.aanda.org/component/article?access=doi&doi=10.1051/0004-6361/202039590
