Ученые раскрыли фундаментальную загадку эволюции Вселенной — почему газ в галактиках не охлаждается со временем

Международная группа исследователей с помощью рентгеновского спектрографа XRISM ответила на вопрос, почему газ в скоплениях галактик никогда не охлаждается.

Это открытие служит ответом на давний вопрос, как именно эволюционируют и взаимодействуют между собой галактики и почему газ внутри них остается горячим, несмотря на то, что он постоянно испускает мощное рентгеновское излучение в космос. Астрономы уже долгое время склоняются к мысли, что скопления галактик увеличиваются путем постоянного слияния и столкновений, но до сих пор не могли получить прямых доказательств этих процессов.

В новом исследовании спектрограф XRISM предоставил окончательные доказательства этих процессов в самом сердце скопления галактик. Центральные области скопления галактик остаются одними из самых ярких источников рентгеновского излучения. Теоретически, из-за постоянного излучения газ должен постепенно охлаждаться в результате процесса, известного как радиационное охлаждение.

Однако наблюдения указывают на то, что газ остается чрезвычайно горячим, бросая вызов ожиданиям ученых, и заставляя их искать ответ на этот вопрос.

По одной из гипотез, постоянное движение газа играет ключевую роль в поддержании высоких температур, однако до сих пор у астрономов не было соответствующих инструментов для того, чтобы подтвердить это. С использованием XRISM международная группа астрономов (XRISM Collaboration) смогла точно измерить скорость движения горячего газа в ядре скопления галактик.

Сделанные учеными выводы демонстрируют, что газ постоянно движется, «плещется» вперед-назад в ответ на прошлые столкновения и слияния. Эти колебания поддерживают газ в состоянии перемешивания, не давая ему возможности остывать и поддерживая высокие температуры в скоплениях.

Это открытие стало большим прорывом в понимании учеными процессов формирования галактик и эволюции скоплений. XRISM с беспрецедентной детализацией продемонстрировал динамику движения газа и предоставил ученым информацию относительно того, как продолжают развиваться самые большие космические структуры во Вселенной.

Какую роль играет темная материя и гравитация в процессе эволюции галактик

Все крупные космические структуры, вроде нашей Солнечной системы и галактик, тем более, их скоплений, формировались постепенно, под действием гравитации. Наиболее известными структурами во Вселенной, которые были сформированы в процессе слияний и столкновений, являются скопления галактик. Эти огромные массивы удерживаются вместе вследствие гравитационного притяжения загадочной темной материи, из которой состоит большая часть массы Вселенной.

Однако наибольшую массу в скоплениях галактик представляет именно газ, состоящий из водорода и гелия, оставшихся после Большого взрыва. Когда этот первичный газ попадает в скопления галактик, большая энергия гравитационного взаимодействия превращает его в перегретый газ с температурой в десятки миллионов градусов.

При таких экстремальных температурах газ начинает испускать рентгеновское излучение, очень важное для астрономов, изучающих эволюцию и динамику скоплений. Масса этого газа значительно превышает массу самих галактик.

С декабря 2023 года по январь 2024 года исследовательская группа использовала XRISM для наблюдения за ближайшим скоплением галактик — скоплением Центавра, расположенным примерно в 100 млн световых лет от Земли. Целью было исследование движения горячего газа в ядре скопления галактик.

С помощью XRISM астрономы проанализировали рентгеновский спектр в центре скопления Наблюдения показали, что горячий газ в центре скопления Центавра течет к Земле со скоростью от 130 до 310 км/с.

Исследователи сравнили наблюдения с моделями расчетов и пришли к выводу, что прошлые столкновения и слияния галактик играют ключевую роль в наблюдаемом движении газа.

Благодаря такой детализации скорости горячего газа это исследование знаменует большой шаг вперед в наших знаниях о крупномасштабной космической эволюции. Открытие этих динамических скоростей газа углубляет наше понимание скоплений галактик, но и имеет потенциал значительно продвинуть наше понимание формирования и эволюции других небесных тел во Вселенной.

Материал опубликован в журнале Nature

Источник: SciTech Daily