Astronet > Skopleniya galaktik

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Skopleniya galaktik

1. Opticheskie nablyudeniya
2. Rentgenovskie nablyudeniya. Goryachii mezhgalakticheskii gaz v skopleniyah galaktik.
3. Radioizluchenie skoplenii
4. Vzaimodeistvie mikrovolnovogo izlucheniya s goryachim mezhgalakticheskim gazom.
5. Kosmologicheskoe znachenie radio- i rentgenovskih nablyudenii skoplenii galaktik

Galaktiki raspredeleny v prostranstve neodnorodno, znachitel'naya chast' gruppiruetsya v skopleniya (ris. 1), soderzhashie desyatki, sotni i dazhe tysyachi (bogatye skopleniya) galaktik.

1. Opticheskie nablyudeniya

Na fotografiyah S.g. predstayut kak uvelichenie (po sravneniyu s fonom) poverhnostnoi plotnosti chisla galaktik (t.e. chisla galaktik na edinichnuyu ploshadku nebesnoi sfery). V bogatyh S.g. poverhnostnaya plotnost' chisla galaktik n_g horosho opisyvaetsya prostym zakonom:
$n_g(\rho)=n_{g0}\left[ 1+ \left\{ {\rho\over a}\right\}^2 \right]^{-1}$ ,
gde $\rho$ - rasstoyanie v kartinnoi ploskosti ot centra skopleniya, $a\approx$ 250 kpk - radius yadra skopleniya, n_g0 - poverhnostnaya plotnost' chisla galaktik v central'noi chasti skopleniya. Etomu zakonu sootvetstvuet raspredelenie prostranstv. plotnosti chisla galaktik
$N_g(r)=N_{g0} \left[ 1+ \left\{ {\rho\over a}\right\}^2 \right]^{-3/2}$ ,
nazyvaemoe obychno zakonom Kinga (r - rasstoyanie ot centra skopleniya) . Central'naya plotnost' skoplenii N_g0 v bogatyh S.g. prevyshaet 1000 Mpk^-3 , odnako iz-za malogo ob'ema v predelah (1/2)a soderzhitsya ~ 10 galaktik. Na rasstoyanii $r\approx 3a$ plotnost' galaktik padaet do $30h_0^{-3}$ Mpk^-3, a pri r=7a do 3h^-3 Mpk^-3, t.e. bystro priblizhaetsya k plotnosti galaktik fona [h₀=H₀/(50 km/s/Mpk), H₀ - sovremennoe znachenie postoyannoi Habbla]. Raspredelenie Kinga imeet mesto lish' pri r <(6-8)a, pri bol'shih r ono narushaetsya, vozmozhno, iz-za prilivnyh effektov. Otmetim, chto pri $r\gg a$ massa skopleniya (i chislo vhodyashih v nego galaktik) logarifmicheski vozrastaet s rostom otnosheniya r/a.

Ris. 1. Central'naya chast' skopleniya galaktik Koma
v sozvezdii Volosy Veroniki.

Astrofotometriya pozvolyaet opredelit' tipy galaktik, vhodyashih v skoplenie, ih svetimosti, razmery i t.d. Vazhneishuyu informaciyu nesut spektr. nablyudeniya: po smesheniyu linii v spektre galaktik opredelyayut ih luchevye skorosti v_iR. Sr. luchevaya skorost' galaktik $v_{0R}=\sum\limits^N_{i=1} v_{iR}/N$ (gde N - polnoe chislo galaktik v skoplenii) sootvetstvuet skorosti udaleniya ot nablyudatelya skopleniya kak celogo. Ispol'zuya Habbla zakon, mozhno ocenit' rasstoyanie do S.g. Obychno predpolagayut, chto raspredelenie galaktik po skorostyam v sisteme pokoya skopleniya kak celogo izotropno, togda srednekvadratichnoe otlichie skorosti ot srednei
$\sigma_v=\left( {\sqrt{3}\over N} \right) \left[ (\sum\limits^N_{i=1} v_{iR}-v_{0R})^2 \right]^{1/2}$ .
V bogatyh S.g. $\sigma_v$ prevyshaet 1000 km/s. Harakternyi razmer bogatyh S.g. R sostavlyaet neskol'ko Mpk. Harakternoe vremya proleta galaktiki cherez skoplenie
$t\sim R/\sigma_v=10^9 (R/1 Mpk)(10^3/\sigma_v)$ let,
(gde $\sigma_v$ v km/s)
mnogo men'she kak kosmologich. vremeni ( $H_0^{-1}=2\cdot 10^{10} h_0^{-1}$ let), tak i vozrasta zvezd, vhodyashih v galaktiki skopleniya. Sledovatel'no, S.g. yavl. gravitacionno svyazannymi sistemami. T.o., izmereniya $\sigma_v$ i harakternogo razmera skopleniya otkryvayut vozmozhnost' opredeleniya ego massy ${\mathfrak M}_v$ po viriala teoreme: ${\mathfrak M}_v\sim\sigma_v^2 R/G$ . Okazyvaetsya, chto massy S.g., opredelyaemye po teoreme viriala, zametno prevyshayut znacheni "vidimoi massy", opredelyaemoi summirovaniem mass otdel'nyh galaktik, k-rye ocenivayutsya po massa-svetimost' zavisimosti. T.o. voznikaet vopros (do sih por ne reshennyi) o skrytoi masse.

Vremya dinamicheskoi relaksacii skopleniya vsledstvie poparnogo gravitacionnogo vzaimodeistviya galaktik i dinamicheskogo treniya blizko k kosmologicheskomu i mozhet prevyshat' ego. V etih usloviyah trudno ozhidat' Maksvella raspredeleniya galaktik po skorostyam. Odnako v 1976 g. angl. astronom D. Linden-Bell ukazal na vozmozhnost' "bystroi" (violent) relaksacii skopleniya zvezd ili galaktik za schet bystryh izmenenii gravitacionnogo potenciala na stadii szhatiya sistemy (v hode ee obrazovaniya). Etot mehanizm mozhet obespechit' relaksaciyu sistemy za vremya poryadka nesk. vremen proleta galaktiki cherez skoplenie.

Ris. 2. Funkciya svetimosti $\eta(L)$ grupp i
skoplenii galaktik (chislo grupp i skoplenii v Mpk³ v
intervale opticheskih svetimostei ot L do $\Delta L$ , gde $\Delta L=10^{12} L_\odot$ ).
$\eta(L)$ horosho approksimiruetsya prostoi formuloi:
$\eta(L)=1,6\cdot 10^{-7} (L/L_\odot)^{-2}\exp(-L/L_\odot)$ (sploshnaya krivaya).

Sostavleny katalogi S.g. Naibolee izvesten katalog Dzh. Eibella (SShA), v nego voshli bogatye skopleniya, udovletvoryayushie sleduyushim kriteriyam: skoplenie soderzhit po men'shei mere 50 galaktik v diapazone vidimyh zvezdnyh velichin ot $m_3$ do $m_3+2$ , gde $m_3$ - vidimaya zvezdnaya velichina tret'ei po yarkosti galaktiki v skoplenii; bol'she 50 galaktik dolzhno soderzhat'sya v zone s radiusom $3h_0^{-1}$ Mpk; krasnye smesheniya 0,02< z <0,2 , t.e. rasstoyanie do S.g. $D < c H_0 z_{maks}\approx 1200 h_0^{-1}$ Mpk. Katalog ohvatyvaet ne vse nebo: on naschityvaet 2712 takih S.g., a na vsem nebe pri z <0,2 ih dolzhno byt' ok. 4000. Koncentraciya takih S.g. vo Vselennoi $N_c=6\cdot 10^{-7}h_0^3$ skoplenii/Mpk³, a sr. rasstoyanie mezhdu ih centrami $\sim N_c^{-1/3}\approx 120h_0^{-1}$ Mpk. Drugie horosho izvestnye katalogi ispol'zuyut v osnovnom morfologich. kriterii otbora i klassifikacii. Napr., v kataloge shveic. astronoma F. Cvikki ok. 7000 skoplenii, klassificirovannyh po stepeni kompaktnosti na otkrytye, umerenno kompaktnye i kompaktnye. L.P. Bauc i U. Morgan (SShA) v osnovu svoei klassifikacii polozhili nalichie ili otsutvtsie dominiruyushei massivnoi central'noi galaktiki, obychno yavlyayusheisya moshnym radioistochnikom.

S.g. iz kataloga Eibella yavl. samymi bogatymi predstavitelyami shirochaishego klassa grupp i skoplenii galaktik. V etot klass vhodyat gruppy, soderzhashie ot neskol'kih do mnogih desyatkov galaktik, a takzhe skopleniya, soderzhashie sotni i tysyachi galaktik. Perehod ot grupp k skopleniyam nepreryven, etot fakt naglyadno demonstriruet postroennaya amer. astronomom P. Shehterom funkciya svetimosti sistem galaktik $\eta(L)$ (ris. 2). V oblasti malyh svetimostei $\eta(L)$ sistem galaktik nepreryvno perhodit v funkciyu svetimosti yarkih galaktik.

Soglasno Eibellu, S.g. po ih sturkture mozhno razdelit' na regulyarnye i irregulyarnye. Pervye simmetrichny i harakterizuyutsya sil'noi koncentraciei galaktik k centru skopleniya. Tipichnym predstavitelem etogo tipa yavl. S.g. v sozvezdii Volosy Veroniki (Koma), nahodyasheesya na rasstoyanii ok. 100 Mpk i soderzhashee bolee $3\cdot 10^4$ galaktik s abs. fotograficheskoi velichinoi $M_{pg}\le -16^m$ . Bol'shinstvo galaktik v plotnyh central'nyh chastyah regulyarnyh skoplenii sostavlyayut elliptich. galaktiki. Irregulyarnye zhe predstavlyayut soboi bolee diffuznye i asimmetrichnye konglomeraty galaktik. Irregulyarnym S.g. yavl. blizhaishee k nam bogatoe skoplenie v sozvezdii Devy, rasstoyanie do nego ravno $20h_0^{-1}$ Mpk. V irregulyarnyh S.g. imeetsya dostotachno mnogo i spiral'nyh galaktik.

V centre bogatyh S.g. obychno nahoditsya massivnaya elliptich. galaktika, soderzhashaya ot 1 do 10% vsei massy skopleniya. Tak, napr., massa galaktiki M87 v centre skopleniya v Deve prevyshaet $10^{13} {\mathfrak M}_\odot$ . Eti galaktiki chasto yavl. moshnymi radiogalaktikami. Ih gravitac. potencial (v predelah galaktiki) sravnim s gravitac. potencialom vsego skopleniya. Massy takih galaktik rastut za schet "kannibalizma" galaktik - poglosheniya imi proletayushih skvod' nih ili razrushaemyh prilivnym vozdeistviem pri blizkih proletah galaktik men'shei massy.

2. Rentgenovskie nablyudeniya. Goryachii mezhgalakticheskii gaz v skopleniyah galaktik.

Ris. 3. Rapredelenie yarkosti rentgenovskogo
izlucheniya mezhgalakticheskogo gaza v skoplenii
galaktik A 85, poluchennoe rentgenovskim teleskopom
observatorii im. Einshteina. Rentgenovskie izofoty
nalozheny na opticheskoe izobrazhenie skopleniya.

Rentg. nablyudeniya so sputnikov "Uhuru" (SShA) i "Ariel'" (Velikobritaniya) pokazali, chto prakticheski vse bogatye S.g. yavl. moshnymi rentg. istochnikami so svetimostyami ~10⁴²-10⁴⁴ erg/s. Retng. izluchenie skoplenii (ris. 3) interpretiruetsya kak tormoznoe i rekombinacionnoe izluchenie (sm. Tormoznoe izluchenie, Rekombinaciya) goryachego mezhgalaktich. gaza (MG) s plotnost'yu, prevyshayushei 10^-3 sm^-3, i temp-roi $3\cdot 10^7$ K. Eto podtverzhdaetsya nablyudeniyami ryada S.g. v zhestkom rentg. diapazone, k-rye obnaruzhivayut eksponencial'nyi zaval spektra (oslablenie izlucheniya) pri energiyah fotonov $h\nu>5-10$ keV, harakternyi dlya tormoznogo izlucheniya oblaka razrezhennoi plazmy. Eshe bolee vazhnym podtverzhdeniem takoi interpretacii yavilos' obnaruzhenie (pri nablyudeniyah so sputnikov "OSO-8", SShA, "Ariel'", "HEAO-A", SShA) v spektrah koplenii v Deve, Kentavre i skopleniya Koma rentg. linii zheleza s $h\nu\approx 6-7$ keV (ris. 4, a). Linii izluchayutsya vodorodo- i geliepodobnymi ionami zheleza, t.e. ionami, imeyushimi yadro s zaryadom 26 i odin ili dva elektrona. Imenno eti linii harakterny dlya goryachei opticheski tonkoi plazmy s elektronnoi temperaturoi $T_e\approx (3-10)\cdot 10^7$ K. Nablyudaemaya ekvivalentnaya shirina spektral'nyh linii $approx$ 0,5 keV, chto svidetel'stvuet ob obilii zheleza, blizkom k solnechnomu. V S.g. v sozvezdii Devy nablyudayutsya linii vodorodopodobnyh ionov kremniya, sery, litiepodobnogo zheleza i t.p. (ris. 4, b).

Gaz ne mozhet imet' temp-ru T_e, namnogo prevyshayushuyu $m_p \sigma_v^2/6k$ (m_p - massa protona), v protivnom sluchae on prakticheski ne "chuvstvoval" by gravitac. potenciala skopleniya i rasshiryalsya, istekaya iz nego so skorost'yu zvuka a_zv=(10kT_e/3m_e)^1/2. Esli temp-ra byla by mnogo men'she etoi velichiny, gaz skaplivalsya by v centre potencial'noi yamy, uplotnyalsya i sravnitel'no bystro ostyval vsledstvie poter' energii na izluchenie. T.o., temp-ra MG blizka k velichine $m_p \sigma_v^2/6k$ . Otsyuda sleduet, chto galaktiki dvizhutsya v MG so skorostyami, blizkimi k zvukovoi.

T.n. vysota izotermicheskoi odnorodnoi atmosfery MG poryadka harakternogo razmera skoplenii. Gaz zapolnyaet vse S.g. i dolzhen byt' sravnitel'no odnorodnym. Eto utverzhdenie verno dlya bogatyh S.g., gde gravitac. potencial skopleniya kak celogo v ego central'noi chasti prevyshaet gravitac. potencial lyuboi iz galaktik. V neregulyarnyh skopleniyah tipa skopleniya v Deve gravitac. potencial dominiruyushei galaktiki (M 87) mozhet sushestvenno vliyat' na raspredelenie i temperaturu MG.

Ris. 4. Spektr rentgenovskogo izlucheniya goryachego
mezhgalakticheskogo gaza. a - spektr skopleniya galaktik
v sozvezdii Perseya. Nablyudeniya so sputnika "HEAO-A".
Viden harakternyi dlya tormoznogo izlucheniya goryachei
plazmy eksponencial'nyi zaval spektra pri $h\nu>kT_e=6,5$ keV.
Spektral'nye detali s $h\nu\approx 7$ keV - izluchenie vodorodo-
i geliepodobnyh ionov zheleza v rezonansnyh liniyah
(otmecheny korotkimi strelkami). b - spektr central'noi
chasti skopleniya galaktik v sozvezdii Devy. Vidny linii
vodorodo- i geliepodobnyh ionov sery, kremniya i magniya, a
takzhe linii, sootvetstvuyushie perehodam v L-obolochke
razlichnyh ionov zheleza.

Goryachii gaz obladaet vysokoi elektronnoi teploprovodnost'yu i v otsutstvie haotich. melkomasshtabnogo magn. polya dolzhen byt' izotermicheskim. Magn. pole s B ~ 10^-7 Gs i harakternym masshtabom poryadka razmera galaktik mozhet rezko umen'shit' elektronnuyu teploprovodnost'. Poetomu rassmatrivayutsya adiabatich. modeli raspredeleniya gaza v skoplenii.

Vremya radiac. ohlazhdeniya gaza prevyshaet kosmologicheskoe. Vremya ohlazhdeniya gaza iz-za komptonizacii reliktovogo izlucheniya pri malyh krasnyh smesheniyah, z<5-8, takzhe namnogo prevyshaet kosmologicheskoe (sm. Komptonovskoe rasseyanie). Radiac. ohlazhdenie mozhet byt' zametnym lish' v central'nyh oblastyah S.g. Tshatel'nye issledovaniya central'nyh oblastei, bogatyh S.g., s orbital'noi rentg. observatorii im. Einshteina (SShA) vyyavili ryad S.g., gde gaz uspevaet ohlazhdat'sya za vremya men'she kosmologicheskogo i stekaetsya k centru, formiruya t.n. techenie ohlazhdeniya. Ohlazhdayushiisya gaz postupaet v central'nuyu dominiruyushuyu galaktiku v tempe do $100 {\mathfrak M}_\odot$ v god, podpityvaya process zvezdoobrazovaniya v nei i snabzhaya veshestvom ee yadro, chto mozhet privodit' k usileniyu aktivnosti yadra.

Massa MG sostavlyaet ok. 10% virial'noi massy S.g., t.e. ego obnaruzhenie ne privelo k razresheniyu problemy skrytoi massy. Massa gaza, veroyatno, togo zhe poryadka, chto i "vidimaya" massa, zaklyuchennaya v galaktikah. Etot fakt pozvolyaet mnogim astrofizikam schitat', chto gaz obrazovalsya v rezul'tate poteri massy galaktikami.S drugoi storony, MG mozhet byt' dogalaktich. gazom, razogretym udarnoi volnoi, obrazuyusheisya pri szhatii protoskopleniya galaktik.

Him. sostav MG v S.g. blizok k solnechnomu (ob etom svidetel'stuyut nablyudeniya rentg. linii zheleza) i sil'no otlichaetsya ot pervichnogo (dozvezdnogo). Model' goryachei Vselennoi predskazyvaet 25% obiliya (po masse) geliya, 75% vodoroda i otsutstvie bolee tyazhelyh elementov. Eti dannye mozhno soglasovat' s model'yu razogreva pri szhatii protoskopleniya, lish' predpolagaya, chto: a) gaz byl vposledstvii obogashen tyazhelymi elementami - produktami nukleosinteza v zvezdah galaktik; b) uzhe pervye (dogalakticheskie) zvezdy obogatili pervichnoe veshestvo tyazhelymi elementami eshe do obrazovaniya S.g. Do sih por neyasno, kakoe iz predpolozhenii verno. V svyazi s variantom a) otmetim, chto mezhzvezdnyi gaz mozhet vymetat'sya iz galaktik, dvizhushihsya so skorostyami 1000 km/s, dinamicheskim davleniem MG. Poetomu gaz iz planetarnyh tumannostei, zvezdnyi veter i t.d. nepreryvno postupayut v mezhgalakticheskuyu sredu i obogashayut ee tyazhelymi elementami. V etom variante nado predpolagat', chto massa vtorichnogo veshestva (istekshego iz galaktik) togo zhe poryadka, chto i massa pervichnogo, razogretogo udarnoi volnoi.

Mehanizmov nagreva gaza, popavshego v prostranstvo mezhdu galaktikami, mnogo: dissipaciya energii zvukovyh voln i udarnyh voln, voznikayushih pri dvizhenii galaktik, vybrosy oblakov relyativistskih chastic iz yader galaktik, poteri energii subkosmich. luchei (energii men'she 1 GeV) i plazmennyh voln i t.p. T.o., istechenie gaza iz galaktik na stadii, kogda galaktiki v skoplenii byli molodymi i aktivnymi, i posleduyushii ili odnovremennyi raogrev ego vpolne mogut ob'yasnit' nablyudaemuya kartinu.

Nagrev MG mozhet obespechivat'sya takzhe udarnymi volnami, obrazuyushimisya pri vzryvah sverhnovyh zvezd v galaktikah. V etom sluchae izbytok postupayushei energii mozhet privodit' k povysheniyu temp-ry gaza i ego rasshireniyu, potere massy v vide mezhgalaktich. vetra. Ryad avtorov, naoborot, rassmatrivayut akkreciyu skopleniyami pervichnogo veshestva iz mezhgalaktich. sredy. Etot variant vstrechaetsya s temi zhe trudnostyami, chto i predpolozhenie a).

V principe, v S.g.naryadu s goryachim mozhet nahditsya i bolee holodnyi (T ~ 10⁵-10⁶ K) gaz. Imeya to zhe davlenie, chto i goryachii gaz, oblaka holodnogo gaza dolzhny imet' bolee vysokuyu plotnost' i skorosti poryadka $\sigma_v$ . V protivnom sluchae oni upali by v central'nuyu chast' skopleniya.

3. Radioizluchenie skoplenii

Interesnuyu informaciyu o MG v S.g. dali radioanblyudeniya v metrovom diapazone dlin voln. Oni pokazali nalichie v S.g. radioistochnikov nepravl'noi formy, obladayushih kompaktnoi "golovoi" i dlinnym "hvostom". Eti dannye legko interpretiruyutsya, esli predpolozhit', chto radioistochnik - oblako relyativistskih elektronov, izluchayushih sinhrotronnym mehanizmom v magn. pole (sm. Sinhrotronnoe izluchenie), dvizhetsya otnositel'no MG. Nalichie skorosti privodit k tomu, chto lobovoe davlenie szhimaet radioistochnik s odnoi storony ("golova"), a umen'shenie davleniya s drugoi storony privodit k obrazovaniyu protyazhennogo "hvosta". V central'noi chasti bogatyh S.g. chasto nahodyatsya moshnye radiogalaktiki, izluchenie k-ryh osobenno intensivno v metrovom diapazone dlin voln. V santimetrovom diapazone izluchenie radiogalaktik ochen' slabo. Zdes', odnako, mozhet proyavit' sebya izluchenie kompaktnyh radioistochnikov v yadrah galaktik.

4. Vzaimodeistvie mikrovolnovogo fonovogo izlucheniya s goryachim mezhgalakticheskim gazom

Vselennuyu zaponyaet mikrovolnovoe fonovoe izluchenie. V kazhdom kubich. santimetre prostranstva nahditsya ok. 500 fotonov. Eto izluchenie imeet spektr, blizkii k spektru izlucheniya absolyutno chernogo tela s temp-roi $T_r\approx 3$ K. Mikrovolnovoi fon harakterizuetsya vysochaishei stepen'yu izotropii vo vseh uglovyh masshtabah, $\Delta T_r/T_r\le 10^{-3}$ . Imenno eto obstoyatel'stvo i pozvolyaet iskat' rassmatrivaemye nizhe otkloneniya intensivnosti fona ot srednego ee znacheniya v napravleniyah na S.g.

Izmenenie yarkosti fona v napravlenii na skoplenie.
Kak pokazali v 1972 g. Ya.B. Zel'dovich i R.A. Syunyaev, nalichie goryachego gaza v S.g. izmenyaet intensivnost' mikrovolnovogo fona v napravleniyah na S.g.: v santimetrovoi oblasti spektra ona umen'shaetsya, a v submillimetrovoi vozrastaet, prevrashaya skopleniya v specifich. istochniki izlucheniya. Ostanovimsya na etom effekte bolee podrobno. S.g. iz-za nalichiya v nih goryachego MG mozhno rassmatrivat' kak oblaka vysokotemperaturnoi plazmy s zametnoi opticheskoi tolshei $\tau_T$ po tomsonovskomu rasseyaniyu.

Ris. 5. Izmenenie spektra chernotel'nogo izlucheniya
s $T_r\ll T_e$ v rezul'tate odnokratnogo rasseyaniya
fotonov na maksvellovskih elektronah.

Chast' fotonov mikrovolnovogo fona, prihodyashih k nam iz napravleniya na S.g., ispytyvaet v nem odno rasseyanie na goryachih elektronah. Esli by rasseyanie proishodilo bez izmeneniya chastoty, ono ne ostavlyalo by nikakih sledov na fonovom izluchenii vsledstvie vysokoi izotropii polya izlucheniya, t.k. v rezul'tate rasseyaniya v dannoe napravlenie popadaet rovno stol'ko zhe fotonov, skol'ko vybyvaet iz nego. V deistvitel'nosti , pri rasseyanii na goryachih elektronah iz-za effekta Doplera menyayutsya chastoty fotonov. Kak pokazyvaet raschet, v rezul'tate rasseyaniya fotony (c $h\nu\ll kT_e$ ) v srednem uvelichivayut svoyu energiyu: $\Delta\nu/\nu=4kT_e/m_e c^2$ (sm. Komptonizaciya). Iz ris. 5 vidno, kak vliyaet odnokratnoe rasseyanie na elektronah na izluchenie s plankovskim spektrom. Spektr "sdvigaetsya" v storonu men'shih dlin voln. V relei-dzhinsovskoi oblasti spektra ( $h\nu\ll kT_r$ ) intensivnost' izlucheniya i ego Yarkostnaya temperatura ponizhayutsya, a v vinovskoi ( $h\nu\gg kT_r$ ) uvelichivayutsya. T.o., v napravlenii na skoplenie effektivnaya temp-ra reliktovogo izlucheniya dolzhna otlichat'sya ot srednei. Nablyudaemyi effekt, ochevidno, proporcionalen dole fotonov, ispytavshih rasseyanie v oblake (t.e. opticheskoi tolshe $\tau_T$ ).

Ris. 6. Spektr mikrovolnovogo izlucheniya skoplenii
galaktik s goryachim mezhgalakticheskim gazom; $F_\nu=J_\nu-B_\nu$ ,
gde $J_\nu$ - potok izlucheniya v dannom napravlenii, $B_\nu$ -
potok izlucheniya absolyutno chernogo tela s T=2,7 K. Krivaya
rasschitana dlya opticheskoi tolshi skopleniya $\tau_T=0,1$ . Spektr $B_\nu$
priveden v drugom masshtabe (shtrihovaya krivaya). Pri
$\lambda<1,5$ mm skoplenie predstavlyaet soboi yarkii istochnik,
a na bolee dlinnyh volnah ono ponizhaet yarkost'
mikrovolnovogo fona, chto mozhno traktovat' kak poyavlenie
"otricatel'nogo istochnika".

V relei-dzhinsovskoi oblasti $\Delta T_r/T_r=-(2kT_e/m_e c^2)\tau_T$ i effekt ne zavisit ot dliny volny. V santimetrovom diapazone dlin voln v napravlenii na oblako goryachego gaza dolzhno nablyudat'sya ponizhenie yarkostnoi temp-ryreliktovogo izlucheniya. Etot effekt nablyudalsya ryadom radioastronomov. Situaciya s ponizheniem yarkosti izlucheniya v napravlenii na S.g. neskol'ko paradoksal'na. Elektrony "goryachee" izlucheniya. Esli by my imeli delo s poglosheniem i ispuskanie izlucheniya (a ne s rasseyaniem), intensivnost' v lyuboi chasti spektra, v t.ch. i v relei-dzhinsovskoi, mogla by lish' uvelichivat'sya.

V vinovskoi oblasti spektra intensivnost' fona v napravleniyah na skopleniya vzrastaet, i oni prevrashayutsya v moshnye istochniki submillimetrovogo izlucheniya. V etoi oblasti effekt sil'no zavisit ot dliny volny.

Dazhe pri $\tau_T=1/20$ oblako dolzhno rasseivat' nesk. procentov izlucheniya galaktik, vhodyashih v skoplenie, i proyavit' sebya kak diffuznyi istochnik izlucheniya vo vseh spektr. diapazonah (v chastnosti, v opticheskom). Iz-za effekta Doplera v rasseyannom svete dolzhny otsutstvovat' uzkie spektr. linii.Rasseyannoe izluchenie dolzhno byt' sil'no polyarizovano (stepen' polyarizacii ot 1/3 do 2/3).

Skopleniya kak istochniki submillimetrovogo izlucheniya.
Izmenenie intensivnosti mikrovolnovogo fona v napravlenii na skoplenie mozhno traktovat' kak nalichie protyazhennogo istochnika izlucheniya, imeyushego specifich. spektr. Etot spektr priveden na ris. 6. V submillimetrovom diapazone S.g. okazyvayutsya moshnymi istochnikami izlucheniya, a v santimetrovom i millimetrovom diapazonah oni proyavlyayut sebya kak "otricatel'nye istochniki". Potok izlucheniya iz edinicy telesnogo ugla v napravlenii na S.g. ne zavisit ot krasnogo smesheniya z, ot z zavisyat lish' uglovye razmery S.g. i integral'nyi potok izlucheniya. Svetimosti S.g. bystro narastayut s z [kak (1+z)⁴]. S.g. dolzhny proyavlyat' sebya pri $z\approx 2-3$ kak odni iz samyh moshnyh istochnikov submillimetrovogo izlucheniya vo Vselennoi, sravnimyh s kvazarami. Glavnye otlichiya - otsutstvie peremennosti i bol'shie uglovye razmery, a takzhe unikal'nost' predskazyvaemogo spektra.

5. Kosmologicheskoe znachenie radio- i rentgenovskih nablyudenii skoplenii galaktik

Radionablyudeniya izmeneniya yarkosti fona v napravleniyah na S.g. dokazyvayut kosmologich. prirodu mikrovolnovogo fona: poskol'ku effekt nablyudaetsya na skoplenii s krasnym smesheniem $z_0$ , to yasno, chto fon voznik pri z > z₀. Effekt uzhe nablyudalsya na skoplenii s z₀=0,54.

Izmerenie absolyutnogo razmera skopleniya.
Proillyustriruem vozmozhnost' takogo izmereniya na prosteishem primere sfericheski-simmetrichnogo odnorodnogo izotermich. oblaka gaza. Poverhnostnaya yarkost' rentg. izlucheniya oblaka v napravlenii na ego centr ravna:
$I_\nu=2AN_e^2 T_e^{-1/2}\exp{-h\nu/kT_e} R g(\nu, T_e)$ ,
gde $A=5,44\cdot 10^{-39} \mbox{erg}\cdot \mbox{sm}^3\cdot \mbox{K}^{-1/2}/(\mbox{s}\cdot \mbox{Gc}\cdot \mbox{sr})$ ; R - radius oblaka, g - faktor Gaunta, N_e - koncentraciya elektronov. Ponizhenie yarkostnoi temp-ry fonovogo radioizlucheniya v tom zhe napravlenii ravno:
$\Delta T_r/T_r ={-4kT_e\over{m_e c^2}} \sigma_T N_e R$ .
Iz nablyudenii na nesk. chastotah v rentg. diapazone mozhno opredelit' kT_e. V rezul'tate ostayutsya dva uravneniya s dvumya neizvestnymi, N_e i R. Znaya $I_\nu$ i $\Delta T_r/T_r$ , mozhno naiti R - razmer real'nogo S.g. Detal'nye rentg. nablyudeniya i radionablyudeniya S.g. pozvolyayut odnoznachno opredelit' zakon raspredeleniya N_e(r), T_e(r) i effektivnyi lineinyi razmer R (na daanom uglovom rasstoyanii ot centra). Edinstvennym usloviem yavl. trebovanie sferich. simmetrii skopleniya. Znanie R daet vozmozhnost' rassmatrivat' kazhdoe skoplenie kak "sterzhen'" izvestnoi dliny, stol' neobhodimyi dlya kosmologii. Znaya razmer oblaka, plotnost' gaza i ego temp-ru T_e, netrudno rasschitat' i rentg. svetimost' skopleniya. V rezul'tate kazhdoe iz skoplenii stanovitsya "svechoi" s izvestnoi svetimost'yu.

Vozmozhnost' opredeleniya postoyannoi Habbla.
Znaya lineinyi razmer skopleniya R i ego uglovoi razmer $\theta$ , mozhno opredelit' rasstoyanie do skopleniya $D=R/\theta$ . Znaya rasstoyanie i izmeryaya krasnoe smeshenie linii v spektrah galaktik skopleniya (t.e. skorost' udaleniya skopleniya $v_{0R}=cz=c\Delta\lambda/\lambda$ ), mozhno opredelit' postoyannuyu Habbla: H₀= v_0R /D.

Vozmozhnost' opredeleniya pekulyarnyh skorostei skoplenii.

Ris. 7. Zavisimost' spektra izlucheniya
skopleniya galaktik ot ego pekulyarnoi
luchevoi skorosti V (km/s).

Mikrovolnovoe fonovoe izluchenie mozhet igrat' rol' "novogo efira". Deistvitel'no, ono izotropno lish' v odnoi sisteme koordinat. Takaya sistema sushestvuet v kazhdoi tochke Vselennoi. Skorost' dvizheniya tela otnositel'no etoi sistemy koordinat naz. pekulyarnoi skorost'yu. Spektr millimetrovogo i submillimetrovogo izlucheniya skopleniya (voznikayushego iz-za vzaimodeistviya elektronov MG s fonovym izlucheniem) zavisit ot pekulyarnoi skorosti skopleniya (ris. 7). T.o., imeetsya vozmozhnost' privyazki vseh bogatyh S.g. k sisteme koordinat, svyazannoi s fonovym izlucheniem. Nablyudeniya pokazyvayut, chto S.g. A 2218 s z=0,17, v silu rasshireniya Vselennoi, udalyaetsya ot nas so skorost'yu 51000 km/s. V to zhe vremya ego pekulyarnaya skorost' ne prevyshaet 5000 km/s, t.e. skoplenie prakticheski pokoitsya otnositel'no sistemy koordinat, v k-roi izluchenie izotropno.

Lit.:
Zel'dovich Ya.B., Syunyaev R.A., Mezhgalakticheskii gaz v skopleniyah galaktik, mikrovolnovoe fonovoe izluchenie i kosmologiya, v kn.: Astrofizika i kosmicheskaya fizika, M., 1982; Bahcall N.A., Clusters of galaxies, "Annual review of Astronomy and Astrophysics", 1977, v. 15, p. 505.

(R.A. Syunyaev)

R. A. Syunyaev, "Fizika Kosmosa", 1986
Glossarii Astronet.ru

L | R | A | B | V | G | D | E | Zh | Z | I | ' | K | L | M | N | O | P | R | S | T | U | F | H | C | Ch | Sh | Sh | E | Yu | Ya

Obsudit' etu publikaciyu

Versiya dlya pechati