МЫСЛИ ВСЛУХ

На этой фотографии - центральная часть скопления галактик SPT-CLJ2344-4243 (кластера Феникса), удаленного на 5,7 миллиарда световых лет. Это один из самых крупных известных кластеров - полная масса оценивается в 1,2 - 1,5 квадриллиона масс Солнца.

при наблюдениях в различных диапазонах кластер выглядит очень эффектно:
- в рентгеновском диапазоне:

- в комбинированном радио + оптическом:


Кластер очень интересен по ряду причин.
Во-первых, это кластер с наибольшим из всех известных ренгеновским излучением.
Во-вторых, по процессам звездообразования: темп звездообразования в кластере составляет более семисот солнечных масс в год, на порядок больше, чем в зрелых кластерах такого же возраста и размера.
При этом кластер Феникс - это вовсе не область, где вдруг начали рождаться галактики: галактики кластера достаточно стары, соответствуют нормальному возрасту. Просто в течение миллиардов лет звездообразование в нем шло в нормальном темпе - а потом вдруг запустилось до темпа, соответствующего временам ранней Вселенной.
С этим особенностями связаны и другие.
Скорость охлаждения горячего газа в центральных областях скопления является самой большой из когда-либо наблюдавшихся (собственно, это явно связано с рекордным темпом зведообразования: звезды из горячего газа не образуются).
Звездообразование в скоплении имеет парадоксальный характер - по перечисленным причинам оно сосредоточено в центральной части скопления, в то в время как обычно в плотных богатых скоплениях зрелого возраста оно концентририуется на периферии.
В центральной доминирующей галактике кластера находится любопытная черная дыра. Она не рекордна по массе - около двадцати миллиардов солнечных масс - зато растет в рекордном темпе около шестидесяти солнечных масс в год. Вообразите, что с ней при таком темпе могло бы стать еще через несколько сотен миллионов (или спустя несколько миллиардов) лет. Правда, разумеется, вечно поддерживать такой темп будет нечем.
Интересно еще и то, что в центральной области активного звездообразования находятся характерные филаменты - узкие газовые волокна - рекордной длины, до трехсот тридцати тысяч световых лет, существенно больше диаметра диска Млечного пути.

Окнчательного ответа на вопрос, какому механизму и как именно обязаны своим происхожденим парадоксы кластера Феникс, пока нет: ясно только, что спусковым механизмом явилось гравитационное взаимодействие (либо слияние скоплений-предшественников, либо процессы эволюции конфигурации самого кластера).

Дебит джета активного ядра галактики может быть очень велик.

Квазар SDSS J1106+1939, удаленный примерно на 8,8 миллиарда лет, имеет мощность излучения, превосходящую светимость Солнца примерно в два триллиона раз (а нашей галактики - на два порядка).

В джеты квазара за год вовлекается (выбрасываясь черной дырой) масса, равная четыремстам солнечным. Более одной массы Солнца в сутки.

Чтобы оценить эту величину, достаточно понять, что с такими темпами он за миллиард лет (а Вы же понимаете, что это вовсе не много) переработал бы и выбросил в пространство от трети до половины звездной массы нашей собственной весьма немаленькой Галактики.

Съесть-то он съест, вот только кто ему даст. В смысле, легко понять, что такая интенсивность притока вещества в аккреционный диск квазара, которая бы обеспечивала этот отток, долго длиться не может - материала в окружающей среде на подобное не хватит.
Так что подобные уровни активности ядер в общей истории самой галактики можно считать кратковременными вспышками, присущими временам молодой Вселенной с характерным большим количеством новых и сладких калош еще не переработанного доступного свободного относительно холодного газа.

Посмотрите на эту картинку - она того стоит.



Это - не таблица для проверки цветного зрения и не произведение абстрактной живописи - это фотография линзированного изображения галактики, удаленной от нас, ориентировочно,чуть больше, чем на двенадцать миллиардов лет и переживающей активное звездообразование (голубая линия в средней части изображения).

Изображение галактики искажено и увеличено в десятки раз за счет гравитационного линзирования https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/21298.html скоплением галактик, расположенным на луче зрения перед линзируемой галактикой.

В принципе, интересного тут, казалось бы, немного - что мы, фоновых линзируемых галактик не видели? - если бы не два обстоятельства:
- линзирующий кластер, который искажает и концентрирует своей гравитацией световые лучи от расположенной за ним галактики, находится от нас на расстоянии около десяти миллиардов световых лет (по времени распространения https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/7900.html);
- масса этого кластера составляет около пятисот триллионов масс Солнца.

И вот это - сюрприз. Дело в том, что это - сногсшибательная величина массы.
Нет, не сама по себе. По массе - это не рекордное (хотя и одно из самых крупных из известных) скоплений галактик: самый крупный кластер RX J1347.5-1145 имеет в четыре раза большую массу. Но дело в том, что рекордсмен RX J1347.5-1145 удален от нас по времени распространения всего лишь на 4,7 миллиарда лет, и к моменту его наблюдения Вселенной было уже девять миллиардов лет.
Самый же удаленный кластер сравнимого размера 2XMM J083026+524133 массой 560 триллионов солнечных удален на 7,7 миллиарда лет, то есть, относится к возрасту Вселенной 6 миллиардов лет - а наблюдаемый на этой фотографии кластер существовал, когда Вселенная была почти в два раза моложе.
Соответственно, возникает естественный вопрос - когда и как такое огромное скопление галактик успело так быстро сформироваться.
Теория (конкретно - ΛCDM https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/209729.html) недовольно морщится и сомневается в таких темпах.

Один из естественно возникших ответов заключается в том, что случайные колебания плотности вещества непосредственно после Большого Взрыва были более сильными, чем считается - и именно эти случайные колебания плотности, увеличившись в размерах в миллиарды раз, дали начало столь массивным юным скоплениям галактик (строго говоря, конечно, первичным было изменение плотности темной материи, потому что именно она своим притяжением формирует галактики, их скопления и сверхскопления). Но вот только этот ответ противоречит всем наблюдениям неоднородностей реликтового фона https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/8271.html - там видны намного менее выраженные неоднородности, соответствующие гораздо меньшим вариациям плотности.
В общем, если не присматриваться повнимательнее, фотография выглядит неуютно: не должно ее быть.

А вот дальнейшее изучение линзирующего кластера (получившего название IDCS J1426.5+3508 или для краткости IDCS 1426) показало кое-что интересное.
Ну, для начала - предсказуемый результат: масса барионной материи в скоплении составляет около десяти процентов, остальное - темная материя.
Куда интереснее - то, что в центральной части скопления наблюдается достаточно яркая зона интенсивного рентгеновского излучения, но она смещена от центра структуры минимум на сотню тысяч световых лет. А вот это уже вносит некоторую ясность - эксцентричное положение "ядерной части" - плотной области горячего газа - явно намекает на то, что мы, собственно, видим не один кластер, а два сталкивающихся (причем, столкновение началось недавно, около пятисот миллионов лет назад).
Это уже понять легче - столкновения галактических кластеров хорошо известны, и понять формирование двух кластеров "половинной" массы (при наблюдаемом при анализе кластера возрасте Вселенной) по сравнению с одним большим гораздо легче. И в теорию это укладывается. По такому поводу у ΛCDM никаких сомнений (а также тягостных раздумий) уже нет.

И еще одно обстоятельство, снимающее угрозу для теории. Точнее, обстоятельств три.
Первое - кластер имеет низкую металличность https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/5209.html. Вполне нормальную для своего возраста. Это означает, что звездообразование в нем не было сверхактивным, "не таким, как у всех".
Второе, еще более важное и связанное с первым. Яркое плотное "ренгеновское ядро" кластера излучает менее жесткое ренгтеновское излучение, чем менее яркая диффузная область вокруг него. Получается, в этой центральной области плотность газа выше - а температура ниже, чем у диффузного газа в остальной области скопления.
Такие "холодные ядра" в богатых кластерах https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/2002.html известны - правда IDCS 1426 является самым дальним кластером с холодным ядром.
Причина образования такого ядра (вернее, того, что газ в центра скопления является более плотным и холодным, чем в его периферийной части) очевидна. Он в центре быстрее остывает, взаимодействуя с магнитными полями галактик, и начинает понемногу вовлекаться в процессы звездообразования, стимулируя рост звездной компоненты галактик центральной части скопления.
Третье - форма пространственного распределения периферийного горячего газа (определяемого по его рентгеновскому излучению). Замечательная форма. Симметричная, ненарушенная, гладкая. Лишнее подтверждение тому, что сливающиеся кластеры формировались в ненарушенном виде в ранней Вселенной.

В общем, если присмотреться поближе - оказывается, что это феномен любопытен, но для теории безопасен.

Посмотрите на эту фотографию.



Видите в центре маленькую, едва заметную красную точку?
Это - квазар ULAS J1120+0641. Долгое время являлся самым дальним из известных человечеству объектов.

Болометрическая светимость (вспомним https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/3650.html: болометрическая светимость характеризует мощность излучения во всем диапазоне электромагнитных волн) квазара составляет примерно шестьдесят триллионов светимостей Солнца. Примерно в три тысячи раз больше полной светимости нашей Галактики. Область излучения - несколько больше Солнечной системы.
На момент запечатленного буйства этого монстра Вселенной было всего лишь 770 миллионов лет.

Любопытная галактика IC 2233 (расстояние до нас около 42 миллиона световых лет с очень
тонким диском и крошечным балджем.
Диск еще и имеет низкую звездную плотность - это хорошо видно хотя бы по тому факту, что желтый балдж с размером оси лишь немного большим толщины диска, вполне нормально просвечивает через этот самый диск.
При этом звездообразование в самом диске есть - обратите внимание на голубые крапинки областей активного звездообразования.
И, кстати, присмотритесь к их расположению - над плоскостью симметрии диска.

И при этом у диска нет такого обычного, классического признака предшествующего звездообразования, как осевая полоса пыли, в норме при виде на диск с ребра хорошо заметная темная тонкая полоса в плоскости симметрии диска.

В общем, галактика, видимая мы на фотографии, имеет явные признаки LSBG https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/3492.html.

Это - фотография галактики 2MASX J05210136-2521450, одной из ближайших ULIRG (https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/17412.html), галактики с мощнейшим звездообразованием, находящейся на красном смещении z=0,0426 (примерно 580 миллионов световых лет).

Легко видеть, что она (и ее активнейшее звездообразование) является результатом столкновения двух галактик, сформировавшего кольцеобразные и спиралевидные структуры вокруг очень яркого ядра.

Справа виден остаток приливного хвоста одной из слившихся галактик

О том, что в последнее время (если быть точным, последние десять с лишком миллиардов лет) скорость звездообразования во Вселенной снизилась более, чем в пятьдесят раз, я рассказывал.

О том интересном факте, что при этом количество газа в галактиках снижалось куда медленнее, я рассказывал. Причина ясна - галактики постоянно подпитываются газом из межгалактического пространства.

А вот не рассказал я пока еще один интересный факт - наблюдения динамики звезд и темпов зведообразования в дальних и ближних галактиках показывают, что медленно и неуклонно в течение миллиардов лет растут массы темной материи, формирующей основную массу этих галактик. Темную материю галактики тоже "высасывают" из межгалактического пространства. При этом сама темная материя расположена в пространстве не равномерно, а толстыми неплотными "нитями", на которые нанизаны и скопления галактик, и крупные галактики и группы галактик в скоплениях. Эти нити - остатки исходной структуры акустических колебаний https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/63661.html.

Линзовидная https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/2200.html галактика, лайнер https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/22162.html NGC 4866 (она же UGC 8102, MCG 2-33-45, ZWG 71.92, PGC 44600), удаленная от нас на 75 миллионов световых лет.


Диаметр диска галактики в два с небольшим раза уступает диаметру диска Млечного пути (95 тысяч световых лет).

Обратите внимание на две очаровательные удаленные спиральные галактики, попавшие в кадр сверху слева и снизу справа от самой NGC 4866 (ну, и на то, что галактики, в сущности, являются прозрачными). И полюбуйтесь на то, какой у самой NGC 4866 чинный, аккуратный и маленький балдж. И голубыми пятнышками - областями звездообразования на периферии, и темной пылевой полосой - следом бывшего звездообразования - полюбуйтесь тоже.

Яркая звезда справа от центра галактики принадлежит Млечному пути.

Кстати, попробуйте посчитать количество галактик в кадре. Вот этих, крошечных оранжевых пятнышек, в которых иногда даже видна структура.

Вы знаете, что во Вселенной галактики, как правило, поодиночке не ходят. Встречаются они группами (кластерами или скоплениями). А если встречается одиночная галактика - скорее всего, она просто по какой-то причине сбежала (или была изгнана) из своего кластера.
Тут стоит пояснить, что те галактики, которые являются галактиками поля https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/2002.html - это галактики не столько одиночные, сколько просто находящиеся на периферии своего скопления и почти не взаимодействующие с его членами, причем иногда настолько, что при случайных воздействиях со стороны другого скопления (или скоплений) утратили со своим гравитационную связь.

Следует помнить, что кластеры имеют трехмерную "объемную" форму, а галактики, входящие в кластер, гравитационно друг с другом связаны (последнее означает, в частности, что расширение Вселенной не приводит к заметному "разбеганию" галактик кластера, которые останутся гравитационно связанными практически в любом правдоподобном сценарии развития мироздания (исключая апокалиптической возможности катастрофического ускорения расширения Вселенной ("Большого разрыва") в далеком будущем).

Я писал https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/1661.html, что перспективы развития кластеров заключаются в слиянии составляющих их галактик и эволюции от типа III к типу I (https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/2002.html) с формированием колоссальной супергалактики - ископаемого кластера (https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/1661.html).

Вы знаете также https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/7222.html, https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/63661.html, что кластеры во Вселенной распределены не хаотично и/или равномерно: они составляют двумерные колоссальные суперструктуры - суперкластеры (сверхскопления галактик), в свою очеередь формирующих максимальные компоненты крупномасштабной структуры Вселенной - филаменты ("стены" и "нити", иногда именуемые гиперскоплениями), размер которых подчас превышает миллиард световых лет. Это - результат распространения в плазме ранней Вселенной акустических колебаний (звуковых волн), о которых я не раз рассказывал (например, здесь: https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/63661.html и https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/99435.html).

Классическим примером может служить наше собственное Местное сверхскопление (оно же сверскопление Девы), имеющее диаметр около двухсот миллионов световых лет, толщину (определяемую по шестидесяти процентам входящих галактик) всего лишь в десять миллионов световых лет, включающее в себя около ста кластеров и имеющее суммарную массу примерно в квадриллион масс Солнца. Оно является частью большого сверхскопления Ланиакеа, включающего в себя еще и сверхскопление Гидры-Центавра и Великий Аттрактор https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/51033.html, к которому притягивается все наше сверхскопление.
А само сверхскопление Ланиакеа входит в гиперскопление Рыб-Кита, филамент размером 1000х150 миллионов световых лет, обрамляющий крупный войд Печи.

Замечу, кстати, что в сверхскоплениях галактики и кластеры уже не связаны друг с другом гравитационно, так что по мере расширения Вселенной сверхскопления тоже расширяются, и расстояние между кластерами, формирующими сверхскопление, увеличиваются.

Карты наших окрестностей, напомню, есть здесь: https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/2002.html, https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/19705.html, https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/51033.html.

Ну, а теперь посмотрим поближе - на наше скопление, Местную группу.
Она интересна тем, что это - один из самых небольших кластеров, известных астрономии. Собственно, она состоит всего лишь из трех крупных галактик - двух гигантских спиральных галактик Млечный путь и М 31 (галактика Андромеды), гигантской спиральной галактики М33 (галактика Треугольника или Вертушка), уступающей нашей Галактике по размеру более, чем в два раза, а по массе - примерно на порядок, и карликовых галактик-спутников, располагающихся поблизости от перечисленных гигантов (их известно примерно под сотню, не считая двух-трех, которые уже находятся внутри поглотивших их гигантов.
Неподалеку есть и еще небольшие группы галактик, карликовые кластеры, например, группа Маффеи https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/65612.html.

А причина того, что наша Местная группа столь невелика, проста и прозаична - мы находимся почти у самой границы сверскопления, на отшибе, и расстояние от нас до войда - всего лишь несколько миллионов световых лет. И это хорошо видно на карте:

Эта славная пара взаимодействующих галактик находится примерно в 450 миллионах световых годах от нас.
Именуется пара MRK 1034 и состоит из двух спиральных галактик PGC 9074 и PGC 9071.
Они еще только начинают взаимодействовать, практически, не изменив структуру.

Кстати, полюбуйтесь попавшими в кадр дальними галактиками.