Скопление галактик Пуля

Скопление галактик Пуля (англ. Bullet Cluster), 1E 0657-558 — скопление галактик, состоящее из двух сталкивающихся скоплений. Строго говоря, название скопление Пуля относится к меньшему из скоплений, удаляющемуся от большего. Сопутствующее расстояние вдоль луча зрения составляет 1,141 Гпк (3,7 млрд световых лет).^[1]

Скопление Пуля
Скопление галактик
Рентгеновское изображение, полученное телескопом Чандра. Время экспозиции 140 часов. Масштаб указан в Мпк. Красное смещение (z) = 0,3.
Наблюдательные данные (Эпоха J2000.0)
Созвездие	Киль
Прямое восхождение	06ч 58м 37,90с
Склонение	−55° 57′ 0″
Число галактик	~40
Расстояние	1,141 Гпк (3,7 млрд св. лет)[1]
Красное смещение	0,296[2]
Поток рентгеновского излучения	5,6 ± 0,6 × 10−19 Вт/см2 (0.1–2.4 кэВ).[2]
Коды в каталогах
1E 0657-56, 1E 0657-558
Информация в Викиданных ?

Исследование явлений гравитационного линзирования данным скоплением дало одно из наиболее важных доказательств существования тёмной материи.^[3][4]

Наблюдения столкновений других скоплений галактик, таких как MACS J0025.4-1222, также поддерживают идею существования тёмной материи.

Общие сведения

Основные компоненты пары скоплений — звёзды, газ и предполагаемая тёмная материя — по-разному ведут себя в течение столкновения, что позволяет исследовать компоненты по отдельности. Звёзды галактик, наблюдаемые в видимом излучении, слабо откликаются на столкновение, большинство звёзд испытывает только замедление движения вследствие дополнительного притяжения. Горячий газ двух сталкивающихся скоплений, наблюдаемый в рентгеновском излучении, представляет большую часть барионного вещества в паре скоплений. Газ двух скоплений участвует в электромагнитном взаимодействии, что приводит к существенному замедлению газа по сравнению с замедлением звёзд. Третий компонент, тёмная материя обнаруживается при наблюдении гравитационного линзирования объектов фона. В рамках теорий, в которых тёмная материя отсутствует (например, модифицированная ньютоновская динамика), линзирование должно согласовываться с распределением барионного вещества, то есть рентгеновского газа. Но наблюдения показали, что эффект линзирования сильнее всего проявляется в двух отдельных областях вблизи наблюдаемых галактик; таким образом, получила подтверждение идея о том, что большая часть массы в скоплениях заключена в пределах двух областей тёмной материи, которая проходит сквозь области газа при столкновении. Этот вывод согласуется с предполагаемыми свойствами тёмной материи как слабо взаимодействующей, за исключением силы гравитации.

Скопление Пуля является одним из наиболее горячих известных скоплений галактик.^[2] Для земного наблюдателя меньшее скопление прошло центр системы скоплений 150 млн лет назад, создав ударную волну в форме арки, находящуюся вблизи правой стороны скопления, при прохождении газа температурой 70 млн К в меньшем скоплении через газ с температурой 100 млн K в большем скоплении со скоростью около 10 млн км/ч.^[5][6][7] Выделившаяся при этом энергия эквивалентна энергии 10 квазаров.^[2]

Значимость для теорий о тёмной материи

Скопление Пуля представляет одно из лучших доказательств существования тёмной материи^[4][8] и по свойствам плохо согласуется с выводами наиболее известных вариантов модифицированной ньютоновской динамики.^[9] Было показано на уровне статистической значимости 8σ, что смещение центра полной массы от центра масс барионного вещества не может объясняться только изменением закона тяготения.^[10]

Рентгеновское изображение (розовый цвет) совместно с изображением в видимом свете (галактики), распределение массы вычислено из данных о гравитационном линзировании (синий цвет).

По словам Greg Madejski:

Особо впечатляющие результаты были получены по наблюдениям скопления Пуля космической обсерваторией Чандра (1E0657-56; Fig. 2) и указаны в работах Markevitch et al. (2004) и Clowe et al. (2004). Эти авторы утверждают, что в скоплении происходит слияние при высоких скоростях (около 4500 км/с), на что указывает распределение горячего газа, излучающего в рентгеновском диапазоне. Область тёмной материи, выявленная по анализу карты линзирования, совпадает с областью не сталкивающихся галактик, но лежит впереди относительно сталкивающегося газа. Подобные наблюдения создают ограничения на сечение взаимодействия тёмной материи.^[11]

По словам Эрика Хаяси:

Скорость меньшего скопления не чрезмерно высока для структур в скоплениях и может достигаться в рамках современной космологической Лямбда-CDM модели.^[12]

Проведённое в 2010 году исследование показало, что скорости столкновений несовместимы с предсказаниями Лямбда-CDM модели.^[13] Но уже последующее исследование показало, что согласие между теорией и наблюдениями есть,^[14] а несоответствие возникало в том числе вследствие малого объёма моделирования. Более ранняя работа, в которой утверждалось несоответствие параметров скопления и современных космологических моделей была основана на неверном определении скорости падения галактик на основе скорости ударной волны в испускающем рентгеновское излучение газе.^[14]

Хотя скопление Пуля предоставляет свидетельства наличия тёмной материи на крупных масштабах скоплений, оно не вносит вклада в разрешение проблемы вращения галактик. Наблюдаемое отношение количества тёмной материи и видимой материи в типичном богатом скоплении существенно ниже, чем теоретическое.^[15] Таким образом, возможно, Лямбда-CDM модель не способна описать различие масс на масштабах галактики.

Альтернативные интерпретации

Мордехай Милгром, автор теории модифицированной ньютоновской динамики опубликовал опровержение^[16] утверждений о том, что свойства скопления Пуля доказывают существование тёмной материи. Милгром утверждает, что MOND корректно учитывает динамику галактик вне скоплений галактик, а в скоплениях типа Пули устраняет необходимость в большом количестве тёмной материи, оставляя отношение требуемой для описания свойств скопления массы и наблюдаемой массы равное 2, это расхождение значений Милгром объясняет наличием ненаблюдаемого обычного вещества, а не тёмной материи. Без привлечения MOND или похожей теории расхождение в массе достигает 10 раз. Другое исследование, проведённое в 2006 году,^[17] предостерегает от "простой интерпретации анализа слабого линзирования в скоплении", оставляя открытым вопрос о том, может ли в несимметричном скоплении типа скопления Пуля MOND или аналогичная теория корректно учесть эффекты гравитационного линзирования.

См. также

• Abell 520 — похожее скопление галактик, в котором тёмная материя и светящееся вещество оказались разделёнными вследствие крупного столкновения
• NGC 1052-DF2
• Список скоплений галактик