Скопления галактик — одни из самых крупных объектов в космологической иерархии. Больше них только галактические нити. Среди скоплений попадаются необычные, например Сосиска. Так назван галактический кластер с характерной формой фронта плазмы, излучающей радиоволны.
С помощью низкочастотной антенны радиоинтерферометра LOFAR европейские астрономы впервые исследовали на предельно низкой частоте 45 МГц активно эволюционирующий галактический кластер CIZA J2242.8+5301, получивший неофициальное название «Сосисочное скопление» (Sausage cluster). Наблюдения позволили лучше понять свойства реликтовых радиоисточников в этом скоплении. Новые результаты представлены в исследовательской статье, опубликованной 29 мая на сервере препринтов arXiv.
Скопления состоят из тысяч галактик, связанных между собой гравитацией. Это крупнейшая известная гравитационно-связанная структура во Вселенной, поэтому она служит отличной лабораторией для изучения эволюции галактик и космологии в целом. Подобные общности образуются в результате слияния галактик и растут за счет присоединения небольших скоплений (подкластеров).
CIZA J2242.8+5301 — достаточно хорошо изученное суперскопление галактик с красным смещением s=0,192. Оно содержит хорошо заметные двойные радиореликты (диффузные, вытянутые радиоисточники синхротронного происхождения) и другие диффузные источники радиоволн. CIZA J2242.8+5301 прозвали «Сосиской из-за характерной морфологии его северного реликта (см. фото).
Астрономы под руководством Джулии Лузетти из Гамбургского университета использовали низкочастотную антенну LOFAR (LBA) для проведения исследования «Сосиски» на низкой радиочастоте (45 МГц). Их главной целью было исследовать радиореликты скопления. Наблюдения на частотах ниже 100 МГц необходимы для изучения физики радиореликтов, поскольку они обеспечивают уникальный доступ к низкоэнергетической популяции электронов космических лучей.
Наблюдения показали, что скопление имеет сложную систему диффузных источников, простирающихся за пределы хорошо известных северных и южных реликтов. Многие из этих источников имеют морфологию «голова-хвост». Северный реликт имеет характерную дугообразную форму с предполагаемым линейными размерами 7,2 на 2,5 миллиона световых лет. Южный реликт аморфен и имеет размеры 4,9 на 1,7 миллиона световых лет.
Основываясь на картах спектральных индексов в диапазоне от 45 до 144 МГц, астрономы обнаружили явный спектральный градиент в обоих реликтах: спектральный индекс увеличивается от внешнего края к центру скопления. Интегрированный спектральный индекс северного реликта составил −1,09, в то время как у южного интегрированный индекс выше и составляет примерно −1,34. Эти значения указывают на число Маха (скорость распространения ударного фронта излучающей радиоволны плазмы) на уровне 4,8 и 2,6 для северного и южного реликтов соответственно.
Радиореликты в астрофизике — это рассеянные синхротронные радиоисточники огромных размеров (до 5 МПс), обнаруживаемые в периферийных областях скоплений галактик. Как и в случае с радиогало, они не имеют явных аналогов в галактиках, но их формы гораздо более вытянутые и неправильные по сравнению со сферическими гало. По энергетическому распределению в излучении этих объектов преобладают низкие частоты.
Говоря простыми словами, радиореликты — гигантские фронты плазмы (ионизированного водорода и гелия), разогретые в результате столкновения и слияния галактик до десятков миллионов кельвинов. В отличие от релятивистских джетов (струй), вещество которых движется с околосветовыми скоростями и порождает излучение в разных диапазонах, плазма реликтов, несмотря на колоссальную температуру, обладает гораздо меньшим потенциалом и скоростью и наблюдается только в радиодиапазоне. Если направить на «Сосичное скопление» обычный (или рентгеновский, ультрафиолетовый, инфракрасный) телескоп, то мы увидим только излучение ярких ядер галактик.
Источник