В скоплении Змееносца обнаружили самую мощную вспышку ядра галактики

Новые наблюдения и повторный анализ необычного излучения газа в сверхскоплении Змееносца заставили ученых вернуться к изначально отвергнутой идее о рекордно мощной вспышке, порожденной сверхмассивной черной дырой. Согласно новым результатам, центральный объект самой крупной галактики скопления в прошлом произвел настолько интенсивный выброс, что он привел к изменению распределения газа на масштабе всего скопления, пишут авторы в The Astrophysical Journal. 

Наиболее крупными гравитационно связанными структурами во Вселенной являются скопления и сверхскопления галактик. Такие образования состоят из крупной центральной галактики (как правило, это гигантская эллиптическая галактика) и множества более мелких галактик, которые все вместе погружены в огромное гало из горячего разреженного газа, хорошо видимого по рентгеновскому свечению.

Между газом скопления и входящими в него галактиками существуют связи. С одной стороны, окружающее вещество может постепенно смещаться к более плотным образованиям, увеличивая темп звездообразования и аккреции на центральные сверхмассивные черные дыры. С другой — в эпохи активности из галактических ядер бьют ультрарелятивистские струи, которые могут влиять на газ скопления, например, нагревать его.

Интересный случай в этом контексте представляет собой сверхскопление Змееносца — второе по яркости в рентгеновском диапазоне скопление галактик на небе. Распределение газа в центре этого скопления характеризуется вогнутым краем, на котором наблюдается резкий перепад плотности. Подобные детали известны у других скоплений, и они обычно интерпретируются как пузыри, созданные джетом из ядра центральной галактики.

Обнаружившие эту структуру в 2016 году по рентгеновским данным «Чандры» астрономы попытались описать результаты в предположении об активности ядра, но пришли к выводу, что это нереалистично. Авторы сделали такой вывод, так как величина и контраст этой границы говорили о суммарной энергии вспышки активного ядра галактики на уровне 5 × 10⁶¹ эрг, что в разы больше, чем у наиболее мощного однозначно зафиксированного подобного события.

По их оценкам, такое событие привело бы к исчезновению относительно более холодной внутренней части облака газа скопления. Поэтому авторы заключили, что данная особенность связана с гидродинамическими процессами, возникшими из-за прошлых слияний с другими скоплениями или отдельными галактиками.

Симона Джачинтуччи (Simona Giacintucci) из Научно-исследовательской лаборатории ВМС США и ее коллеги из Австралии и США решили изучить сверхскопление Змееносца посредством дополнительных наблюдений и после анализа всех имеющихся данных пришли к выводу, что вогнутый край на рентгеновском изображении все же является границей пузыря, вызванного прошлой активностью ядра галактики. Это удалось доказать при помощи зарегистрированного синхротронного радиоизлучения электронов, которые могли остаться от бившего в эту область джета — так же, как и в других похожих, но менее масштабных случаях.

Помимо полученных ранее данных с «Чандры» специально для новой работы это сверхскопление наблюдал космический рентгеновский телескоп XMM-Newton, а также наземные радиообсерватории MWA в Австралии, GMRT в Индии и VLA в США. Оказалось, что низкочастотное радиоизлучение совпадает с вогнутым рентгеновским краем, заполняя всю противолежащую центру скопления область. Получается, что выброс из центральной галактики создал полость в газе скопления, но по рентгеновским данным видна лишь часть ее стенки.

Примерный возраст данной полости авторы оценивают как минимум в 240 миллионов лет, но затрудняются назвать более точное значение, так как наиболее надежный метод на основе экспоненциального завала спектральной интенсивности в радиодиапазоне оказался неприменим: обрыва не удалось обнаружить ни при каких использованных частотах от 74 до 1477 мегагерц. Скорее всего, это связано с большим размером области, из-за чего ее свечение складывается из множества отдельных областей с разным значением магнитного поля — ключевого параметра для синхротронного механизма генерации электромагнитных волн.

Однако астрономы отмечают и ряд проблем с такой интерпретацией наблюдений. Во-первых, ядро центральной галактики в данном случае весьма тускло, не проявляет никакой активности, а вокруг него нет явных следов джетов. Также непонятно, почему не видно никаких следов противоположного выброса, ведь обычно джеты активных ядер галактик возникают парами. Исследователи считают, что это может быть связано с меньшей плотностью окружающей среды, из-за чего вещество второго джета быстро расширилось и остыло. Более экзотическое предположение заключается в том, что наблюдаемая полость связана с активностью ядра не центральной галактики, а какой-то другой — возможно, лежащей на окраине скопления.

Новая работа также подтверждает примерную оценку суммарной энергии выброса в 5 × 10⁶¹ эрг, что все еще делает ее рекордной, несмотря на несколько недавних открытий подобных событий с экстремально большой энергией. Тем не менее, авторы отмечают, что эта величина получена при ряде недоказанных предположений, а окончательно судить об энергии можно будет только после наблюдения в рентгеновском диапазоне всего размера полости, а не только одного ее края. Также остается неизвестным время, за которое эта энергия выделилась. По-видимому, для ответов на эти вопросы придется ждать телескопов нового поколения, таких как Athena или AXIS.

Ранее астрономы увидели филаменты крупномасштабной структуры Вселенной, обнаружили первую ударную волну сталкивающихся скоплений, которая долгое время была последним неизвестный видом, и выяснили, что межгалактические электроны могут быть ускорены неизвестным механизмом.

Тимур Кешелава