Галактики вирушають у глибоке занурення та залишають позаду вогненний хвіст

Група галактик занурюється в скупчення галактик Кома та залишає за собою величезний хвіст із перегрітого газу. Астрономи підтвердили, що це найдовший відомий хвіст за групою галактик, і використали його, щоб отримати глибше розуміння того, як скупчення галактик – одні з найбільших структур у Всесвіті – зростають до своїх величезних розмірів.

Астрономи навчали рентгенівську обсерваторію NASA Chandra на групі галактик NGC 4839. Групи галактик — це сукупності приблизно 50 галактик або менше, пов’язаних разом силою тяжіння. Скупчення галактик ще більші й можуть містити сотні чи тисячі окремих галактик.

І скупчення галактик, і групи галактик оточені величезною кількістю гарячого газу, який найкраще досліджувати за допомогою рентгенівського випромінювання. Ці перегріті басейни газу, хоч і надзвичайно тонкі та дифузні, становлять значну частину маси в групах або скупченнях галактик і є вирішальними для розуміння цих систем.

NGC 4839 розташована біля краю скупчення галактик Кома, одного з найбільших відомих скупчень у Всесвіті на відстані приблизно 340 мільйонів світлових років. У міру того, як NGC 4839 рухається до центру скупчення Кома, гарячий газ у групі галактик відривається в результаті зіткнення з газом у скупченні. Це призводить до формування хвоста позаду групи галактик.

На зображенні ліворуч показано рентгенівське зображення скупчення галактик Кома, зроблене за допомогою XMM-Newton ESA (Європейського космічного агентства) (синій), а також оптичні дані цифрового огляду неба Слоуна (жовтий). Група галактик NGC 4839 розташована в нижньому правому куті цього зображення. На вставці праворуч показано зображення Чандри (фіолетове) області, окресленої квадратом. Голова хвоста NGC 4839 знаходиться ліворуч від зображення Чандри та містить найяскравішу галактику в групі та найщільніший газ. Хвіст тягнеться вправо. (Зображення Chandra було повернуто так, що північ знаходиться приблизно на 30 градусів ліворуч від вертикалі.)

Рентгенівське випромінювання від гарячого газу в зовнішніх регіонах скупчення Коми, через яке проходить NGC 4839, надто слабке, щоб його можна було побачити на зображенні XMM, яке показано тут, але воно виділене на додатковому зображенні лише для  XMM. Ця мозаїка зображень показує проміжки між окремими зображеннями, де дані не були отримані, і темні діри, де точкові джерела рентгенівського випромінювання були видалені.

Насправді цей хвіст має довжину 1,5 мільйона світлових років, або в сотні тисяч разів перевищує відстань між Сонцем і найближчою зіркою, що робить його найдовшим хвостом, який коли-небудь бачили, що тягнеться за групою галактик.

Поточна яскравість хвоста дає астрономам особливий шанс вивчити фізику газу хвоста до того, як він змішається з гарячим газом у кластері та стане занадто слабким для вивчення. Газ у хвості за NGC 4839 зрештою зіллється з великою кількістю гарячого газу, який вже присутній у скупченні Кома.

Використовуючи дані Chandra для аналізу газу перед групою галактик, дослідники виявили ударну хвилю, схожу на звуковий удар від надзвукового реактивного літака, яка показує, що NGC 4839 рухається зі швидкістю приблизно 3 мільйони миль на годину через скупчення галактик. Розташування ударної хвилі виділено на позначеній версії зображення.

Вони також досліджували турбулентність хвостового газу. За звичною аналогією, турбулентність описує нерегулярні рухи повітря в нашій атмосфері, які можуть спричиняти вибоїсті поїздки на літаках. Вони виявили незначну кількість турбулентності, що означає низьку теплопровідність в NGC 4839.

Команда також побачила можливі докази наявності спеціальних структур під назвою нестабільність Кельвіна-Гельмгольца на одній стороні хвоста. Вчені знаходять ці структури в різних місцях у космосі та на Землі, зокрема у формі хмар. Вони викликані різницею швидкості руху суміжних шарів газу або рідини. Наявність нестабільності Кельвіна-Гельмгольца в NGC 4839 свідчить про те, що газ у хвості має слабке магнітне поле або низький рівень в’язкості. (Вода, наприклад, менш в’язка, ніж мед.) Розташування нестабільностей Кельвіна-Гельмгольца наведено на позначеному зображенні Чандри та версії зображення Чандри, яка була оброблена, щоб підкреслити області зображення з більш різкими краями.

Дослідники, які вивчали попередні спостереження NGC 4839, оцінили, що її хвіст має довжину щонайменше один мільйон світлових років. Нові дані Chandra розкривають новий рекорд довжини в 1,5 мільйона світлових років. (Хвости за трьома іншими групами галактик, що потрапляють у скупчення галактик, мають довжину від 800 000 до мільйона світлових років.)