Обсерватория «Спектр-РГ» помогла создать рентгеновский портрет скопления галактик
Скопления галактик по-прежнему считаются самыми крупными гравитационно связанными системами во Вселенной (не считая самой Вселенной). Самые далекие из них в оптическом диапазоне выглядят как толпа из тысяч эллиптических галактик на небольшом участке неба. При этом пространство между ними кажется совершенно пустым, но в рентгеновском диапазоне оно заполнено невообразимым количеством горячего газа. Смоделировать такую колоссальную систему до недавнего времени было практически невозможно, однако с помощью российской космической обсерватории «Спектр-РГ» сделать это все же удалось.
До запуска обсерватории с телескопом eROSITA на борту галактические скопления достаточно надежно наблюдали на расстояниях до R500 (радиуса, в пределах которого средняя плотность вещества в 500 раз превышает критическую плотность Вселенной). Но из-за малого поля зрения телескопов на наблюдения и картографирование уходили месяцы. А экстраполирование результатов наблюдений за одним скоплением мало что проясняли относительно остальных.
Российский же телескоп сканирует небо с достаточно высокой чувствительностью и одинаковым пространственным разрешением. Благодаря этому астрофизики могут не только «проследить» индивидуальное скопление до сколь угодно большого радиуса, но и построить их «общий портрет». Именно это и осуществила группа ученых под руководством сотрудницы отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН Натальи Лысковой .
Используя крупнейшую выборку из примерно 40 скоплений галактик с уже известными массами (их привели к одному значению) и красными смещениями, астрофизики получили усредненный портрет галактического скопления. Это знаменует собой прорыв в исследовании макроструктур во Вселенной, ведь теперь влияние их индивидуальных особенностей на всю систему станет минимальным.
Значение этого открытия трудно переоценить. Благодаря ровному и однородному фону слабое рентгеновское излучение (на уровне менее 1% от фонового) теперь можно уловить даже на очень больших расстояниях от центра скопления. Размах наблюдений по сравнению с ранее упоминавшимися R500 удалось увеличить более чем в три раза.
Новая модель позволяет, не отвлекаясь на второстепенные наблюдения, получить профили температуры и энтропии газа одновременно с измерениями профиля давления — для этого, в частности, используется эффект Сюняева-Зельдовича.
Результаты исследования послужат толчком для моделирования эволюции галактик и их скоплений, где проблема темной материи — лишь одна из загадок. Термодинамические свойства и химический состав газа на периферии скоплений остаются слабо изученными, но теперь будут на порядок доступнее нашему пониманию: к примеру, как показал «Спектр-РГ», на больших расстояниях от центра горячий газ остается относительно однородным, а не «скучивается» в плотные комки, как считалось ранее.
Космическая обсерватория «Спектр-РГ», разработанная НПО имени Лавочкина и запущенная в 2019 году с Байконура, оснащена двумя уникальными рентгеновскими зеркальными телескопами: ART-XC им. М.Н. Павлинского (ИКИ РАН, Россия) и eROSITA (MPE, Германия), работающими по принципу рентгеновской оптики косого падения. Оба этих прибора установлены на космической платформе «Навигатор», также созданной в НПО.
Основная цель миссии — построение карты всего неба в мягком (0.3–8 килоэлектронвольт) и жестком (4–20 кэВ) диапазонах рентгеновского спектра с беспрецедентной чувствительностью.
