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