Космическая «Колбаса» длиной в 7 миллионов световых лет: что астрономы увидели на самых низких радиочастотах?

Представьте себе космическое столкновение. Но не двух астероидов или даже звёзд. Представьте столкновение двух «мегаполисов» Вселенной, каждый из которых состоит из сотен галактик. Это — космическое ДТП гигантских масштабов, растянувшееся на миллионы лет и оставившее после себя шрамы размером в несколько наших Млечных Путей.

И вот один из таких шрамов астрономы прозвали «Колбасой». Звучит немного нелепо для объекта такого масштаба, правда? Но за этим забавным прозвищем скрывается скопление галактик CIZA J2242.8+5301 — одна из самых потрясающих природных лабораторий для изучения самых грандиозных процессов во Вселенной. Недавнее исследование, проведённое с помощью телескопа LOFAR, позволило нам взглянуть на эту «Колбасу» под совершенно новым углом, раскрыв детали, которые до сих пор оставались невидимыми.

Почему именно «Колбаса»? И что это вообще такое?

Давайте сразу разберёмся с названием. Скопления галактик — это не просто хаотичные нагромождения звёздных систем. Это гравитационно связанные структуры, настоящие гиганты, которые растут, поглощая своих меньших соседей. Когда два таких скопления сталкиваются, их газ и тёмная материя врезаются друг в друга с невообразимой силой. Это порождает гигантские ударные волны, которые мчатся сквозь межгалактическую среду.

Именно эти ударные волны и видят радиотелескопы. Они разгоняют электроны до околосветовых скоростей, заставляя их двигаться по спирали в магнитных полях и испускать радиоволны — так называемое синхротронное излучение. Области этого излучения, оставленные столкновением, и называются радиореликтами.

В скоплении CIZA J2242.8+5301 есть два таких реликта. Северный из них имеет вытянутую, дугообразную форму, которая и напомнила учёным колбасу. И это не какой-то маленький объект — его длина превышает 7 миллионов световых лет! Просто для сравнения: диаметр нашей галактики Млечный Путь — около 100 тысяч световых лет. Выходит, этот космический «шрам» в 70 раз больше всего нашего звёздного дома.

Заглянуть в прошлое на новой волне

До недавнего времени мы изучали подобные объекты на стандартных радиочастотах. Но команда европейских астрономов решила пойти дальше и задействовать всю мощь низкочастотной решётки LOFAR. Они настроились на частоту 45 МГц — это очень, очень низкий диапазон радиоволн.

В чём же дело? Позвольте объяснить. Электроны, разогнанные ударной волной, со временем теряют энергию и начинают излучать на всё более низких частотах. Наблюдая за скоплением на частоте 45 МГц, астрономы смогли увидеть «старые» или «уставшие» электроны, которые давно покинули фронт ударной волны. Это всё равно что изучать место древней битвы не только по оставшимся мечам, но и по едва заметным, заросшим травой окопам. Это даёт гораздо более полную картину произошедшего.

И картина оказалась куда сложнее, чем предполагалось.

Больше, чем просто два реликта

Новые наблюдения показали, что знакомые нам северный («Колбаса») и южный реликты — лишь самые яркие части огромной, сложной системы. Астрономы обнаружили целую сеть более слабых, диффузных радиоисточников, которые простираются далеко за пределы известных границ. Некоторые из них имеют характерную форму «голова-хвост», что указывает на то, как газ срывается с галактик, пролетающих сквозь раскалённую плазму скопления.

Всё это говорит о том, что столкновение было невероятно бурным и хаотичным, а его последствия ощущаются на гораздо большей площади, чем мы думали. Мы видели лишь верхушку айсберга, а теперь, благодаря низким частотам, начинаем прозревать его подводную часть.

Измеряя скорость космического столкновения

Самое интересное начинается, когда учёные анализируют свойства радиоволн. Они изучили так называемый спектральный индекс, который, говоря простым языком, показывает, насколько «старые» электроны испускают эти волны. Оказалось, что и в северном, и в южном реликте есть чёткий градиент: чем ближе к центру скопления, тем «старше» излучение. Это логично — именно там столкновение произошло раньше всего, и электроны уже успели остыть.

Но эти данные позволили вычислить и кое-что более захватывающее — скорость ударных волн. Для этого используется число Маха, которое показывает, во сколько раз скорость объекта превышает скорость звука в окружающей среде.

И вот что получилось:

• Северный реликт («Колбаса») мчится со скоростью, соответствующей числу Маха 4,8. Это почти в пять раз быстрее скорости звука в раскалённом межгалактическом газе!
• Южный реликт движется медленнее — Мах 2,6.

Такая разница скоростей — ключ к пониманию геометрии столкновения. Вероятно, это было не лобовое столкновение двух одинаковых скоплений, а скорее касательный удар, где одно скопление было массивнее другого.

В итоге, эта аппетитная на вид «Колбаса» оказалась не просто забавным объектом. Это детальная летопись одного из самых мощных событий во Вселенной. Изучая её на разных радиочастотах, мы, словно археологи, слой за слоем восстанавливаем историю этого грандиозного катаклизма. И каждое новое наблюдение показывает: Вселенная куда сложнее и интереснее, чем мы можем себе представить, даже когда речь идёт о чём-то, похожем на обычную колбасу.