Какова природа рентгеновского излучения скоплений галактик кратко
Обновлено: 04.07.2024
Астрономы Массачусетского технологического института использовали скопление галактик в качестве увеличительного стекла, чтобы наблюдать карликовую галактику, в начальной фазе звездообразования, около 9 миллионов лет назад. Это первый случай, когда гравитационная линза используется для наблюдения объекта в рентгеновском диапазоне.
Они наблюдали синюю точку на небе, которая соответствует очень молодой и намного меньшей галактике, чем Млечный путь; внутри есть очень массивные молодые звезды, это объекты с очень короткой жизнью и обильным излучением в рентгеновских лучах. Астрономы обнаружили это как светящуюся дугу в небе, благодаря искажению, вызванному гравитационной линзой.
"Это небольшое синее пятно, означает, что это маленькая галактика, которая содержит много звезд, очень горячих и массивные, которые сформировались в последнее время" - говорит Мэтью Бейлис, исследователь Кавля Институт астрофизики и космические исследования в Массачусетском технологическом институте. "Эта галактика похож на самую первую галактику, сформировавшуюся во Вселенной, такого типа, которую никто не мог видеть в рентгеновских лучах".
Бэйлисс также утверждает, что это наблюдение является доказательством того, что астрономы могут использовать гравитационные линзы в X-диапазоне для обнаружения чрезвычайно энергичных явлений в древней Вселенной; похожи на изображения, созданные Хабблом в видимом.
"С помощью этой техники мы можем в будущем увеличить отдаленную галактику и датировать разные части; мы могли бы сказать, что в этой части есть звезды, которые образовались 200 миллионов лет назад, тогда как другая часть была сформирована 50 миллионов лет назад, и "разделите их так, как это невозможно сделать сейчас", - говорит Бэйлисс.
Исследователи должны были разработать метод вычитания света из скопления и сделать видимой небольшую галактику, которую нужно наблюдать. Благодаря рентгеновской обсерватории Чандра НАСА, самому мощному рентгеновскому телескопу, они смогли в течение многих месяцев наблюдать кластер Феникс, находящийся на расстоянии 5,7 миллионов световых лет от Земли. Благодаря этим мерам они смогли смоделировать оптические свойства кластера и использовать эту модель для вычитания излучения последнего из данных.
Астрономы с помощью космической обсерватории XMM-Newton ЕКА запечатлели рентгеновское свечение (фиолетовый), излучаемое горячим газом, пронизывающим галактическое скопление XLSSC006.
В скоплении проживают несколько сотен галактик, большое количество рассеянного, рентгеновского яркого газа и огромный объем темной материи с общей массой, эквивалентной около 500 трлн. солнечных. Из-за удаленности мы видим это галактическое скопление, когда Вселенной было 9 млрд. лет.
Галактики скопления сосредоточены в центре с двумя доминирующими элементами. Поскольку галактические скопления обычно располагают лишь одной крупной галактикой, то можно сказать, что XLSSC006 проходит сквозь событие слияния.
На снимке, где данные рентгеновского кадра объединили с трехцветным составным и ближними ИК-данными, заметно множество галактик. Некоторые расположены к нам ближе самого скопления. К примеру, вверху слева – спиральная галактика. На фото также видно несколько звезд переднего плана, принадлежащие нашей галактике Млечный Путь. Они выделяются дифракционными шипами, а маленькие фиолетовые объекты – точечные источники рентгеновских лучей (многие из них находятся за пределами Млечного Пути).
Сведения рентгеновского снимка получены в обзоре XXL – крупнейшая наблюдательная программа XMM-Newton. В последнем выпуске данных собрали информацию для 365 галактических скоплений. Эти наблюдения помогают астрономам усовершенствовать понимание структуры и эволюции Вселенной.
Исследователи проанализировали рентгеновское излучение Галактики в поисках сигнала от тёмной материи.
Астрономы распрощались с надеждой объяснить загадочное рентгеновское излучение из космоса распадом частиц тёмной материи.
Астрономы распрощались с надеждой объяснить загадочное рентгеновское излучение из космоса распадом частиц тёмной материи. Обе тайны – природа тёмной материи и источник странных рентгеновских лучей – по-прежнему остаются нераскрытыми. Такой вывод сделан в научной статье, опубликованной в журнале Science.
Из чего же в таком случае она состоит? На этот вопрос нет точного ответа. Учёные выдвигают разные гипотезы. На Земле работает несколько детекторов, призванных уловить частицы тёмной материи, но пока эти поиски не принесли результата.
В 2014 году научный мир взволновали известия, казалось бы, проливающие свет на природу этой субстанции. Речь идёт об открытии рентгеновского излучения с энергией квантов 3,5 килоэлектронвольта (кэВ), исходящего от далёких галактик.
Никакие известные астрофизикам объекты и процессы не генерируют рентгеновских лучей с такой спектральной линией. Сама собой напрашивается соблазнительная гипотеза, что эти фотоны испускаются тёмной материей.
По одной из гипотез, последняя состоит из стерильных нейтрино. Это гипотетические частицы, которые со временем распадаются на обычные нейтрино, испуская электромагнитное излучение. Стерильные нейтрино с энергией 7 кэВ давали бы рентгеновские кванты с энергией как раз 3,5 кэВ. К тому же интенсивность излучения неплохо соответствовала количеству тёмной материи в наблюдаемом скоплении галактик.
Казалось бы, учёные убили одним выстрелом трёх зайцев: выяснили природу тёмной материи, объяснили происхождение рентгеновских лучей с энергией 3,5 кэВ и доказали существование стерильных нейтрино. Но даже самые красивые теории требуют множества независимых фактов для своего подтверждения.
Исследователи из трёх научных центров США решили проверить эту гипотезу. Они рассуждали просто. Тёмная материя присутствует во всех галактиках, в том числе и в нашей. Фактически Млечный Путь погружён в сферическое облако этой субстанции. Куда бы мы ни посмотрели, мы смотрим сквозь невидимый шлейф тёмной материи.
Если она испускает рентгеновские лучи, те должны постоянно улавливаться рентгеновскими телескопами. Другое дело, что это излучение должно быть довольно слабым, не бросающимся в глаза. Таким образом, чтобы найти его след в данных орбитальных обсерваторий, его нужно искать.
И астрономы взялись за поиски. Они проанализировали изображения, полученные телескопом XMM-Newton за 20 лет. В общей сложности данные охватывали около года чистого времени наблюдений. Исследователи устраняли сигнал объекта, на который был направлен инструмент, и искали излучение, фактически испущенное пустым пространством (вернее, заполняющей его тёмной материей).
В итоге была с беспрецедентной точностью проверена гипотеза о том, что тёмная материя состоит из стерильных нейтрино, распад которых порождает излучение с энергией 3,5 кэВ. Увы, она не подтвердилась.
Впрочем, гипотезу о том, что тёмная материя состоит именно из стерильных нейтрино, рано сбрасывать со счетов. Можно предположить, что эти частицы распадаются реже, чем считалось, и излучают кванты другой энергии. Последнее, кстати, можно проверить, ведь предложенный авторами метод годится для поиска излучения от тёмной материи на разных длинах волн.
Одно на данный можно сказать с определённостью: предположение, что тёмная материя состоит из стерильных нейтрино, распад которых порождает излучение с энергией 3,5 кэВ, оказалось несостоятельным.
"Наши результаты не означают, что тёмная материя не является стерильными нейтрино. Но они означают, что, вопреки тому, что было заявлено в 2014 году, на сегодняшний день нет экспериментальных доказательств, указывающих на их (стерильных нейтрино – прим. ред.) существование", – резюмирует глава исследовательской группы Бенджамин Сэфди (Benjamin Safdi) из Мичиганского университета.
Однако загадка линии 3,5 кэВ никуда не делась. Астрономы по-прежнему не знают, какой процесс порождает такие рентгеновские лучи. И нельзя исключать, что всему виной тёмная материя, даже если она состоит не из стерильных нейтрино. Так, другая научная группа предполагает, что тёмная материя в скоплении галактик Персея поглощает излучение, испускаемое окрестностями сверхмассивной чёрной дыры, и переизлучает его в виде квантов с энергией 3,5 кэВ.
Рентгеновский хребет Галактики (англ. Galactic ridge X-ray emission ) — наблюдаемое проявление структуры Галактики в рентгеновском диапазоне. Рентгеновский хребет Галактики представляет собой протяженное излучение малой поверхностной яркости, расположенное в виде полосы шириной около 1-2 градусов вдоль галактической плоскости. Согласно последним исследованиям, свечение галактического хребта состоит из излучения большого количества слабых рентгеновских источников, в основном аккрецирующих белых карликов и звезд с активными коронами.
Содержание
История открытия
Карта всего неба по данным наблюдений инструмента А2 обсерватории HEAO-1 (NASA, время работы на орбите 1977—1979).
Карта области плоскости Галактики по данным сканирующих наблюдений обсерватории EXOSAT. Излучение хребта галактики видно как протяженная структура под яркими источниками (видны на карте как относительно большие кружки, размер кружков обусловлен угловым разрешением инструмента обсерватории) [4] .
Природа излучения рентгеновского хребта Галактики
Гипотеза о том, что излучение рентгеновского хребта Галактики может состоять из вклада большого количества слабых, индивидуально необнаружимых источников рентгеновского излучения была высказана практически сразу после его открытия [9] . Однако ввиду отсутствия детального понимания статистики таких источников в Галактике, а также ввиду неразрешимости хребта Галактики на индивидуальные рентгеновские источники в период 1980—2006 годов, основной гипотезой его формирования было излучение горячей плазмы, возможно со значительным влиянием космических лучей малых энергий.
Первым шагом к решению проблемы о природе излучения хребта Галактики стали работы, в которых были получены его детальные карты [10] . Было показано, что яркость рентгеновского хребта в точности повторяет яркость Галактики в инфракрасном диапазоне, в котором основной вклад дают обычные маломассивные старые звезды Галактики. Сопоставление рентгеновской яркости хребта в расчете на единичную массу звездного населения рассматриваемых областей позволило показать, что известные типы источников, а именно — белые карлики в двойных системах и звезды с активными коронами — могут создать необходимое излучение [11] .
Читайте также: