Астрономы из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA) обнаружили крупнейшее известное облако высокоэнергетических частиц, окружающее скопление галактик, — его размер достигает почти 20 миллионов световых лет. Это открытие бросает вызов давним теориям о том, как частицы сохраняют энергию. Вместо того чтобы подпитываться близлежащими галактиками, эта огромная область, по-видимому, получает энергию от колоссальных ударных волн и турбулентности, движущихся через горячий газ между галактиками.
Открытие описано в статье для The Astrophysical Journal и представлено на 246-й встрече Американского астрономического общества в Анкоридже.
Неожиданное открытие в скоплении PLCK G287.0+32.9
Расположенное в пяти миллиардах световых лет от Земли, скопление галактик PLCK G287.0+32.9 привлекло внимание астрономов еще в 2011 году, когда его впервые обнаружили. Предыдущие исследования выявили два ярких реликта — гигантские ударные волны, освещающие края скопления. Однако тогда ученые не заметили слабые микроволны, заполняющие пространство между ними. Новые наблюдения показали, что все скопление окутано еле уловимым радиоизлучением, размер которого почти в 20 раз превышает диаметр Млечного Пути, что предполагает гораздо более масштабные и мощные процессы.
«Мы ожидали увидеть пару ярких реликтов на краях скопления, как в предыдущих наблюдениях, но вместо этого обнаружили, что все скопление светится в радиодиапазоне. Облако заряженных частиц таких размеров никогда раньше не наблюдалось ни в этом скоплении, ни в каком-либо другом», — поделилась астрофизик CfA Камлеш Раджпурохит.
Предыдущий рекордсмен, скопление Abell 2255, простирается примерно на 16,3 миллиона световых лет.
Загадка гигантского радиогало
В центральной части скопления обнаружено радиогало диаметром около 11,4 миллиона световых лет — первый такой крупный объект, замеченный на частоте 2,4 ГГц, где ореолы подобных размеров обычно не видны. Это открытие ставит перед учеными новые вопросы, поскольку оно подтверждает наличие космических лучей и магнитных полей, простирающихся до окраин скоплений. Однако остается неясным, как электроны ускоряются на таких огромных расстояниях.
«Очень протяженные радиогало обычно видны только на низких частотах, потому что электроны, которые их создают, теряют энергию — они "старые" и со временем остывают, — пояснила Раджпурохит. — Но теперь мы видим радиоизлучение, заполняющее все пространство между гигантскими ударными волнами и даже выходящее за их пределы. Это говорит о том, что что-то активно ускоряет электроны или дает им дополнительный импульс, но ни один из привычных механизмов здесь не подходит. Мы предполагаем, что причиной могут быть гигантские ударные волны или турбулентность, но для уверенности нужны дополнительные теоретические модели».
Новые возможности для изучения космических магнитных полей
Открытие дает исследователям новый способ изучения космических магнитных полей — одной из главных нерешенных загадок астрофизики. Это может помочь ученым понять, как магнитные поля формируют Вселенную на самых больших масштабах.
«Мы начинаем видеть Вселенную так, как никогда раньше. И это означает переосмысление того, как энергия и материя перемещаются в ее крупнейших структурах», — заключила астрофизик.
Данные рентгеновских наблюдений
Наблюдения с помощью рентгеновской обсерватории «Чандра», управляемой Смитсоновской астрофизической обсерваторией, выявили прямоугольную структуру, хвост, похожий на кометный, и другие особенности в горячем газе скопления, что указывает на его сильную турбулентность. Некоторые из этих рентгеновских структур совпадают с радиоизлучающими областями, что подтверждает гипотезу об ускорении электронов ударными волнами и турбулентностью, вызванной слияниями галактик.
Эти явления могут быть вызваны либо слиянием двух меньших скоплений, либо выбросами сверхмассивной черной дыры, либо и тем, и другим одновременно.