Скопления галактик
Скопле́ния гала́ктик, системы галактик, содержащие от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч отдельных галактик различных типов и светимостей. Скопления галактик – наиболее массивные гравитационно связанные образования в природе. Помимо галактик, в их состав входят горячий ионизованный межгалактический газ с температурой в десятки миллионов кельвинов и тёмная материя (тёмная масса). Массы скоплений галактик составляют 1013–1015 масс Солнца, причём основная доля массы обычно приходится на тёмную материю. На втором месте по массе, как правило, находится межгалактический газ, и только на третьем – сами галактики.
Характерный размер массивных скоплений галактик – около 10 млн световых лет. Скорости движения галактик внутри скопления галактик обычно составляют 1–2 тыс. км/с. Массы скоплений галактик определяются по измерениям разброса скоростей отдельных галактик относительно среднего значения либо по температуре и распределению горячего газа, заполняющего скопление. В некоторых случаях масса может быть измерена по эффектам гравитационного линзирования далёких галактик, свет которых проходит сквозь скопление.
Скопления галактик принято подразделять на регулярные и иррегулярные. Регулярные скопления характеризуются более чётко выраженной концентрацией галактик к центру, более высокой плотностью и массой, и, как правило, они значительно массивнее иррегулярных. Большинство членов регулярных скоплений – это галактики с отсутствующим или очень слабым звездообразованием (эллиптические и линзовидные галактики), в то время как в иррегулярных скоплениях галактик много спиральных и неправильных галактик с активно идущим в них образованием звёзд. Такое различие свидетельствует о влиянии более плотного окружения галактик и межгалактического газа, в котором они движутся, на эволюцию галактик.
Наблюдениям доступны многие тысячи скоплений галактик, находящихся на различных расстояниях. Ближайшее иррегулярное скопление галактик находится в созвездии Дева (скопление Девы) на расстоянии около 50 млн световых лет. Его видимый диаметр около 12° (что примерно соответствует линейному диаметру 8 млн световых лет), а самые яркие галактики скопления видны как объекты 9–10-й звёздной величины. Ближайшее массивное регулярное скопление галактик наблюдается в созвездии Волосы Вероники (скопление Волос Вероники) на расстоянии около 300 млн световых лет. В нём более 10 тыс. галактик, половина из которых сосредоточена в центральной области диаметром около 1,5°, что соответствует 8 млн световых лет, но само скопление простирается значительно дальше. В центре скоплений галактик часто находятся очень массивные эллиптические галактики гигантских размеров, которые приобрели большую массу и размер за счёт слияния с другими, более мелкими галактиками скопления. Многие из них обладают активными ядрами.
Существенная часть вещества скоплений галактик приходится на горячий межгалактический газ с температурой в десятки миллионов градусов. Несмотря на очень низкую плотность газа (концентрация частиц 100–1000 м–3), его свечение уверенно регистрируется рентгеновскими космическими телескопами. Поэтому практически все «богатые» скопления галактик являются рентгеновскими источниками со светимостями порядка 1035–1037 Вт. Потенциально доступны наблюдениям многие десятки тысяч массивных скоплений галактик.
Межгалактический газ в скоплениях обеднён тяжёлыми химическими элементами по сравнению с межзвёздным газом внутри таких галактик, как наша, однако в ряде скоплений галактик в рентгеновском спектре зарегистрированы линии многократно ионизованных атомов железа, что говорит о том, что часть газа прошла ядерную переработку в звёздах и, по-видимому, была выброшена из галактик. Газ в скоплениях проявляет себя также по небольшому искажению спектра проходящего через него реликтового излучения. Это искажение возникает вследствие рассеяния фотонов реликтового излучения свободными электронами газа (эффект Сюняева – Зельдовича). Многие далёкие скопления галактик были обнаружены именно благодаря этому эффекту. Анализ наблюдений эффекта Сюняева – Зельдовича важен для проверки различных космологических моделей.
Спиральные галактики, которые наблюдаются во внутренних областях скоплений, обычно имеют пониженное содержание межзвёздного газа. Действенным механизмом потери газа галактикой является газодинамическое «лобовое» давление потока межгалактического газа, с большой скоростью «обдувающего» движущуюся в нём галактику. Это давление действует на более холодный межзвёздный газ галактики, частично «выдувая» его из диска. Данный процесс непосредственно наблюдается в некоторых галактиках скоплений. Другими возможными причинами пониженного содержания газа являются: замедление или прекращение аккреции газа из гало галактик на диск, связанное с «обдуванием» галактики межгалактическим газом; потери газа при приливном взаимодействии галактики с другими членами скопления; а также ускоренный расход газа на звездообразование благодаря давлению горячей газовой среды, которое она оказывает на газовый слой в диске галактики.
Скопления галактик эволюционируют. Их эволюцию можно изучать, сравнивая между собой далёкие и близкие скопления, поскольку из-за конечности скорости света чем дальше скопление, тем в более далёкую эпоху в прошлом мы его наблюдаем. В далёких скоплениях значительно бо́льшая часть галактик обладает активным звездообразованием, чем в ближайших к нам скоплениях. Как регулярные, так и иррегулярные скопления галактик имеют большой возраст, однако их формирование полностью ещё не завершилось. Отдельные галактики и даже их группы могут падать на скопления галактик из близлежащих областей под действием гравитационного притяжения, пополняя состав скоплений новыми членами.
Крупные скопления галактик соединены в пространстве цепочками мелких скоплений и отдельных галактик, образуя ячеистую крупномасштабную структуру Вселенной.