Астрономы использовали космический телескоп Хаббл и несколько других телескопов для изучения далеких скоплений галактик. Комбинируя наблюдения на разных длинах волн, они смогли более внимательно изучить эти скопления галактик. Наблюдения проводились в рамках проекта Frontier Fields.
Скопления галактик, одна из крупнейших структур во Вселенной, представляют собой скопления сотен или даже тысяч галактик. Они также содержат газ, нагретый до температуры в миллионы градусов, и скопления темной материи. Наблюдения, проведенные в нескольких различных диапазонах электромагнитного излучения, позволяют лучше понять свойства этих объектов. Ученые задались целью изучить несколько отдаленных скоплений в рамках проекта Frontier Fields. Для наблюдения использовались следующие телескопы: рентгеновская обсерватория Чандра (рентгеновский диапазон, наблюдения из космоса), космический телескоп Хаббла (диапазон видимого излучения, наблюдения из космоса), Очень большая антенная решетка Карла Г. наземные наблюдения) и Giant Metrewave Radio Telescope (радиоволны, наземные наблюдения).
Публикации с описанием результатов исследования появились 20 октября 2015 г. и 1 февраля 2016 г. в научном журнале «Астрофизический журнал», а в последние дни на Интернет. Это скопления галактик MACS J0416.1-2403 (сокращенно MACS J0416) и MACS J0717.5 + 3745 (сокращенно MACS J0717). Расстояние до первой составляет примерно 4,3 миллиарда световых лет, а до второй - примерно 5,4 миллиарда световых лет.
Различные диапазоны излучения позволяют нам понять различные аспекты этих скоплений. Рентгеновские данные показывают нам горячий газ в скоплении. С другой стороны, на изображениях в видимом диапазоне видны галактики, входящие в состав скопления, а также другие галактики вне его. Радиодиапазон позволяет отслеживать ударные волны и турбулентность, вызванные, в том числе, столкновения между кластерами.
Является ли скопление галактик MACS J0416 началом столкновения двух скоплений или это финальная фаза столкновения? До сих пор это оставалось неясным, но богатый набор данных дал ученым подсказки для ответа на этот вопрос. В этом скоплении горячий газ и темная материя (которая не наблюдается напрямую, но может быть выведена из распределения видимой материи) выровнены друг с другом, что предполагает ситуацию перед столкновением. Если это было уже после столкновения, то эти конструкции следует отделить друг от друга (пример — Ракетный кластер). При правильной обработке изображения с левой стороны мы видим компактное ядро горячего газа и пустое пространство (как дырка в рентгеновских лучах). Это также аргумент в пользу ситуации перед столкновением, потому что после столкновения структуры будут нарушены и не так четко разделены. Третьим свидетельством того, что столкновение только начинается, являются радиоизображения, на которых нет четких структур, указывающих на ударные волны.
Совсем другая ситуация на изображении скопления галактик MACS J0717. Здесь мы видим большие дуги радиоизлучений — это ударные волны от нескольких столкновений, здесь сталкиваются целых четыре скопления. Искаженные источники также привлекают внимание. Это эффект гравитационного линзирования скопления. Интересно, что на фоне скопления MACS J0717 видны наиболее гравитационно-линзированные радиоисточники среди всех скоплений. Два радиоисточника также видны в рентгеновских лучах. Все объекты гравитационного линзирования, показанные на этом изображении, находятся на расстояниях, намного превышающих само скопление, от 7,8 до 10,4 миллиардов световых лет. Если бы не огромная масса скопления, из-за которой гравитационное линзирование действовало как увеличительное стекло, мы бы не увидели эти далекие радиоисточники.