Представьте себе галактику, похожую на Млечный Путь, несущуюся в плотное скопление, которое разгоняет галактику до сотен или даже тысяч километров в секунду. Но диск не пересекает пустое пространство: он прорывается сквозь плотную, горячую среду – атмосферу кластера. Это оказывает давление на галактический диск, словно поршень уплотняя газ и проталкивая его внутрь. Если давление слишком велико, то слабо связанный с диском газ вырывается, отставая от входящей галактики, как хвост кометы. Постепенно, по мере увеличения давления «поршня» ближе к ядру скопления, все больше и больше газа удаляется из незадачливой галактики, слетая, как чешуя луковицы. Без холодного газа в диске больше не может быть звездообразования, так что такая зачистка под давлением «поршня» может фактически остановить образование звезд в богатых газом галактиках, которые входят в скопления, втягивая их за счет гравитации в агрессивные среды.
Это изображение одного из самых массивных скоплений галактик, обнаруженных в ранней Вселенной (время прохождения света от этого объекта до Земли составляет около 7 млрд лет; для сравнения – Земля и Солнечная система еще не сформировались, когда свет, который мы видим сейчас, покинул этот кластер). Скопление называется Эль-Гордо, или «Большое». Синяя дымка показывает испускание рентгеновских лучей, которые исходят от очень горячего газа, заполняющего внутреннюю среду таких кластеров. Внутрикластерная среда образуется в процессе притяжения первичного и межгалактического газов к общему гравитационному потенциалу огромного гало темной материи, присутствующего здесь. Когда газ устремляется к потенциалу, как шар для боулинга, выпущенный с вершины холма, он нагревается до десятков миллионов градусов – этого достаточно, чтобы испускать рентгеновские лучи, и слишком много, чтобы коллапсировать в галактики. Эль-Гордо – на самом деле два кластера, находящиеся в процессе слияния. Подобно тому, как объединяются две галактики, могут сливаться и объединяться даже массивные структуры вроде скоплений, притягиваемых друг к другу силой гравитации. Один из ключевых аспектов нашей картины роста галактик и структур, в которых они обитают, – идея иерархического роста, когда крупные объекты могут расти за счет вливания в них более мелких
На снимке – кластер Abell 2744 (из Каталога скоплений галактик Эйбелла), также известный как скопление Пандоры. Здесь изображено рентгеновское излучение горячего газа между галактиками (фиолетовое) и распределение темной материи (синее), обнаруженные в результате проведения анализа гравитационного линзирования. Огромная масса скопления, бо́льшую часть которого составляет темная материя, искажает изображения галактик позади него. Это искажение можно использовать для картирования темной материи
Такая зачистка – не единственная сила, действующая в процессе звездообразования скоплений галактик. Горячая атмосфера скоплений также затрудняет коллапс любого нового межгалактического газа на галактику: они бедны газом, и в итоге формирование звезд здесь прекращается, поскольку внутренние резервуары галактик без пополнения истощаются. Судьба кластерной галактики, как правило, – превращение в мертвую пассивную систему, которая приобретает красный оттенок, подобающий старому звездному населению. Поэтому когда мы смотрим на галактики в центрах скоплений, мы находим то, что называется «красной последовательностью»: у галактик разные диапазоны звездных масс, но все очень похожего красного цвета, что указывает на зрелую, пассивно развивающуюся звездную популяцию. Эти галактики просидят в кластере целую вечность, болтаясь и плещась внутри потенциала скопления, но в остальном ведя жизнь без происшествий. У большинства из них захватывающая, если можно так выразиться, фаза эволюции уже прошла.
Это изображение скопления Abell S0740 четко показывает несколько типов галактик. Здесь преобладает большая яркая эллиптическая галактика, похожая на гигантский звездный шар. Рядом с эллиптической видны спиральные и линзовидные галактики, а также многие другие на заднем плане. Эллиптическая галактика совершенно бесформенна по сравнению со спиралями: она отличается очень ровным звездным распределением, полос пыли не видно, а все звезды – одинакового оттенка. Так происходит потому, что эллиптические галактики, как правило, мертвы, ведь при небольшом количестве оставшегося газа в них больше не могут зарождаться новые звезды. Равномерный красный цвет последних указывает на старое звездное население: бо́льшая часть эволюции этой галактики в прошлом, а слияния и взаимодействия, вероятно, были важны для ее формирования. Слияния галактик могут разрушать диски с вращательной поддержкой, посылать звезды на случайные орбиты и приводить к более выпуклой морфологии с поддержкой давления
На снимке – самое сердце богатого скопления галактик, где преобладают множество красно-желтых эллиптических и линзовидных галактик. Полоса света рядом с самой большой эллиптической галактикой в правой части этого изображения представляет собой более отдаленную галактику вдоль той же линии обзора, свет которой должен был пройти через это скопление на пути к нам. В ходе этого процесса искривление пространства-времени, вызванное большой массой скопления галактик (как звездного вещества, которое вы видите на этом изображении, так и внутрикластерного газа вокруг и «гало» темной материи, в которой находятся эти галактики), исказило и увеличило свет этой фоновой галактики: он был гравитационно линзирован. Вверху слева мы видим галактику, которая кажется потревоженной. Синие пятна и потоки исходят от нее, как кометы. Это процесс удаления из галактики газа в результате давления агрессивных сред извне в действии. Когда галактика проходит через такое богатое скопление, то сталкивается с горячей газовой атмосферой, или плазмой. Эта атмосфера не видна на изображении, потому что она не излучает видимый свет; проще всего ее увидеть с помощью рентгеновских лучей. Тем не менее влияние атмосферы на галактику видно: как и сильный ветер, который может своим порывом вырвать из рук зонт, плазма оказывает давление на диск этой галактики, удаляя газ. Возмущение может привести к коллапсу плотных участков газа и образованию звезд, о чем свидетельствуют синие цвета потоков. Обратите внимание, что эллиптические галактики, как правило, обладают очень малым запасом газа или вообще его не имеют, поэтому последствия давления извне не так заметны. Так что здесь мы видим один из примеров влияния местной среды галактики на ее эволюцию
Изображения галактик, наблюдаемых в инфракрасных диапазонах с помощью космического телескопа NASA «Широкоугольный инфракрасный обзорный исследователь» (англ. Wide-field Infrared Survey Explorer, WISE), который картировал все небо на длинах волн 3, 4, 4, 6, 12 и 22 микрона
