Скопления галактик

Скопления галактик — это гравитационно связанные системы, содержащие от 100 до 1000 галактик, горячий межгалактический газ и большое количество тёмной материи. Они являются одними из самых массивных структур во Вселенной, их характерный размер по диаметру — десятки миллионов световых лет.

Классификация

Скопления условно разделяют на два вида:

Регулярные — скопления правильной сферической формы с чётко выраженной центральной частью. В них преобладают эллиптические и линзовидные галактики. В центрах таких скоплений расположены гигантские эллиптические галактики. Пример — скопление Волос Вероники.

Иррегулярные — скопления без определённой формы, по количеству галактик уступающие регулярным. В них преобладают спиральные галактики. Пример — скопление Девы.

Состав

Компонент	Массовая доля	Описание
Галактики	1%	В оптических наблюдениях видны только галактики.
Межгалактический газ во внутрикластерной среде	9%	Плазма между галактиками при высокой температуре (десятки миллионов кельвинов) испускает рентгеновское излучение при тепловом тормозном излучении.
Тёмная материя	90%	Самый массивный объект, но не наблюдаемый оптически. Выводится через гравитационные взаимодействия.

Общая масса скоплений варьируется от 10¹⁴ до 10¹⁵ масс Солнца. На втором месте по массе обычно находится межгалактический газ, и только на третьем — сами галактики.

Основные свойства

Диаметр: от 2 до 10 Мпк (6–60 млн световых лет).
Разброс скоростей для отдельных галактик: около 800–1000 км/с.
Массы определяются по измерениям разброса скоростей отдельных галактик относительно среднего значения, по температуре и распределению горячего газа или по эффектам гравитационного линзирования далёких галактик, свет которых проходит сквозь скопление.

Примеры скоплений

Эль Гордо — крупнейшее скопление, обнаруженное в далёкой Вселенной на момент открытия в 2011 году. Его масса составляла около 3 квадриллионов масс Солнца.
Скопление Пуля — классический пример сливающегося скопления. На основе его анализа были получены верхние пределы на площадь сечения взаимодействия частиц тёмной материи.
CL J1001+0220 — самое старое на тот момент скопление галактик, обнаруженное в 2016 году. Расположено в созвездии Секстанта на расстоянии в 11,1 млрд световых лет от Земли.

Эволюция

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.

Методы изучения

Для изучения скоплений галактик используются различные методы:

Оптические и инфракрасные наблюдения — позволяют изучать отдельные галактики скоплений, определять их типы, светимости, размеры и т. д..
Рентгеновские телескопы — используются для изучения горячего межгалактического газа.
Эффект Сюняева-Зельдовича — основан на искажении реликтового излучения горячими электронами во внутрикластерной среде.
Гравитационное линзирование — позволяет моделировать распределение тёмной материи в скоплении по искажениям света далёких галактик, проходящего через скопление.

Изучение скоплений галактик помогает понять не только устройство Вселенной сегодня, но и её эволюцию на протяжении миллиардов лет.