Космический Арахис: уникальное столкновение двух гигантских скоплений галактик

Российские астрофизики в составе международной группы подтвердили, что необычное скопление галактик под названием Арахис на самом деле является результатом редчайшего столкновения двух гигантских скоплений. Новые данные, собранные с помощью нескольких телескопов, позволили детально восстановить картину этого грандиозного события, происходившего около 4 миллиардов лет назад.

Скопления галактик представляют собой крупнейшие известные структуры во Вселенной, связанные гравитацией. Они включают сотни и тысячи отдельных галактик, огромные облака раскалённого межгалактического газа и ещё более массивные скопления невидимой тёмной материи. Когда два таких гиганта сталкиваются, происходит одно из самых энергетических событий после Большого взрыва. Однако из-за колоссальных масштабов этот процесс длится миллиарды лет, а краткая фаза взаимного прохождения ядер доступна для наблюдения лишь в исключительных случаях.

Именно такой редкий случай удалось зафиксировать международной команде учёных во главе с российскими астрофизиками из Института космических исследований РАН. Объект, известный как SRGe CL0238.3+2005, был впервые обнаружен в рентгеновском обзоре телескопа ROSAT, но долго оставался без внимания. Лишь когда исследователи обратили внимание на его необычно высокую светимость, стало ясно, что перед ними нечто особенное. В оптическом диапазоне это скопление выглядит как вытянутая цепочка галактик, а в рентгеновских лучах проступают два ярких ядра, из-за чего объект получил прозвище Арахис.

Измеренное красное смещение z=0.42 указывает, что мы видим Арахис таким, каким он был примерно 4 миллиарда лет назад. Но самое удивительное — распределение горячего газа не совпадает с положением галактик. Это стало ключевым намёком на то, что система далека от равновесия. По словам старшего научного сотрудника ИКИ РАН Натальи Лысковой, когда скопления сталкиваются, галактики свободно пролетают друг сквозь друга из-за огромных межгалактических расстояний, а горячий газ испытывает сопротивление и отстаёт. Именно такую картину мы и наблюдаем в Арахисе.

Чтобы подтвердить гипотезу, учёные объединили данные сразу нескольких обсерваторий: российско-германского «Спектра-РГ» с его телескопом eRosita, американской обсерватории Chandra, а также оптических телескопов БТА, РТТ-150, DESI и радиотелескопа ASKAP. В новой работе они измерили лучевые скорости 31 галактики в центральной области — это самая обширная выборка для данного объекта на сегодня. Анализ скоростей выявил две группы галактик, отличающиеся по скорости примерно на 2000 км/с.

Рентгеновские спектры показали, что температура межгалактического газа в обеих частях достигает около 100 миллионов градусов Цельсия, а полная масса системы оценена в 2 квадриллиона солнечных масс — это одно из самых массивных известных скоплений. Используя динамическую модель, астрофизики рассчитали угол между осью столкновения и лучом зрения — он оказался близок к 45 градусам. При этом пространственная скорость сближения компонентов составляет примерно 3500 км/с, расстояние между ядрами — около миллиона световых лет, а после их прохождения друг через друга прошло менее 100 миллионов лет.

Для проверки выводов исследователи сравнили Арахис с двумя другими сталкивающимися системами: MACS J0416 (находящимся до прохождения ядер) и Пулей (на поздней стадии расхождения). Параметры Арахиса заняли промежуточное положение, что подтверждает его уникальный статус. Как отмечает младший научный сотрудник ИКИ РАН Игорь Зазнобин, пока нельзя исключать, что это единое массивное скопление, но в любом случае оно остаётся крайне редким объектом. Теоретически на всём небе можно ожидать лишь 15–20 подобных систем.

Открытие не только проливает свет на механизмы столкновений гигантских структур, но и открывает возможности для изучения тёмной материи, поведение которой проявляется именно в таких катастрофических событиях. Учёные уже подали заявки на новые наблюдения в радио-, миллиметровом, оптическом и рентгеновском диапазонах. Будущие данные помогут уточнить детали столкновения и приблизиться к разгадке природы загадочной тёмной материи.