Внутрикластерная среда

Пространство между галактиками в скоплении заполнено горячей, испускающей рентгеновское излучение плазмой, масса которой превышает общую массу всех звезд скопления.

Definition

Внутрикластерная среда — это диффузный, горячий ионизированный газ с температурой в десятки миллионов градусов, который заполняет объем между галактиками в скоплении, испуская рентгеновские лучи и составляя доминирующий барионный компонент скопления.

Scope

Эта тема охватывает свойства горячего внутрикластерного газа, его рентгеновское излучение и диагностические возможности, которые оно предоставляет, вопрос о потоках охлаждения в ядрах скоплений и их подавлении обратной связью, химическое обогащение газа и эффект Сюняева-Зельдовича, посредством которого скопления влияют на космический микроволновый фон.

Core questions

• Каковы температура, плотность и состав внутрикластерного газа?
• Как рентгеновское излучение диагностирует состояние газа?
• Происходят ли в ядрах скоплений потоки охлаждения, и что предотвращает неконтролируемое охлаждение?
• Как эффект Сюняева-Зельдовича позволяет обнаруживать скопления?

Key theories

Горячий газ, испускающий рентгеновское излучение

Внутрикластерная среда представляет собой плазму, нагретую гравитационным потенциалом скопления до температур, при которых она испускает рентгеновское излучение; это излучение позволяет определить плотность газа, температуру и общую массу скопления.

Потоки охлаждения и обратная связь

Плотные ядра скоплений должны быстро остывать и образовывать звезды, но наблюдения показывают гораздо меньшее охлаждение, чем ожидалось, что подразумевает нагрев, в основном от центрального активного галактического ядра, который компенсирует радиационные потери.

Эффект Сюняева-Зельдовича

Горячие электроны во внутрикластерной среде рассеивают фотоны космического микроволнового фона до более высоких энергий, создавая искажение, которое позволяет обнаруживать скопления независимо от расстояния.

Clinical relevance

Внутрикластерная среда содержит большую часть обычного вещества скопления и фиксирует его историю нагрева и обогащения; ее рентгеновские и сюняев-зельдовичские сигнатуры являются основными инструментами для обнаружения скоплений и измерения их масс для космологии.

History

Рентгеновские спутники в 1970-х годах показали, что скопления являются яркими источниками рентгеновского излучения, что подтвердило существование горячей внутрикластерной среды. Ожидаемые потоки охлаждения, рассмотренные Фабианом в 1994 году, оказались в значительной степени отсутствующими в более поздних данных высокого разрешения, что указывало на обратную связь с активными галактическими ядрами, в то время как эффект Сюняева-Зельдовича стал мощным методом обнаружения скоплений.

Key figures

• Craig Sarazin
• Andrew Fabian
• Rashid Sunyaev
• Yakov Zeldovich

Seminal works

• sarazin1988
• fabian1994
• sunyaev1972

Frequently asked questions

Почему газ между галактиками в скоплении такой горячий?

Когда газ падает в глубокую гравитационную яму скопления, он сжимается и нагревается ударными волнами, достигая десятков миллионов градусов. При этих температурах он полностью ионизирован и светится в рентгеновском диапазоне.

Что такое проблема потоков охлаждения?

В плотных ядрах скоплений газ излучает энергию достаточно быстро, чтобы он должен был охлаждаться и образовывать множество звезд, однако наблюдения показывают очень мало такого охлаждения. Решение состоит в том, что энергия, вводимая центральной черной дырой, повторно нагревает газ, предотвращая предсказанный поток охлаждения.