Войти
В астрономии внутрикластерная среда (ICM ) - это перегретая плазма, пронизывающая скопление галактик. Газ состоит в основном из ионизированного водорода и гелия и составляет большую часть барионного материала в скоплениях галактик. ICM нагревают до температур порядка от 10 до 100 мегакельвинов, испуская сильное рентгеновское излучение.
ICM состоит в основном из обычных барионов, в основном ионизированного водорода и гелия. Эта плазма обогащена более тяжелыми элементами, в том числе железом. Среднее количество более тяжелых элементов по сравнению с водородом, известное в астрономии как металличность, составляет от одной трети до половины значения на солнце. Изучение химического состава ICM в зависимости от радиуса показало, что ядра скоплений галактик более богаты металлами, чем при больших радиусах. В некоторых скоплениях (например, скопление Центавра ) металличность газа может превышать металличность Солнца. Из-за гравитационного поля кластеров обогащенный металлами газ, выброшенный из сверхновых, остается гравитационно связанным с кластером как часть ICM. Наблюдая за изменяющимся красным смещением, которое соответствует разным эпохам эволюции Вселенной, ICM может обеспечить запись истории производства элементов в галактике.
Примерно 10% от масса скопления галактик находится в ICM. Звезды и галактики могут давать только 1% от общей массы. Предполагается, что большая часть массы скопления галактик состоит из темной материи, а не из барионной материи. Для кластера Девы ICM содержит примерно 3 × 10 M ☉, в то время как общая масса кластера оценивается в 1,2 × 10 M ☉.
, хотя ICM в целом содержит большую часть кластера. барионов, он не очень плотный, с типичными значениями 10 частиц на кубический сантиметр. средний свободный пробег частиц составляет примерно 10 м, или около одного светового года. Плотность ICM возрастает к центру кластера с относительно сильным пиком. Кроме того, температура ICM обычно падает до 1/2 или 1/3 от внешнего значения в центральных областях. Как только плотность плазмы достигает критического значения, достаточное количество взаимодействий между ионами обеспечивает охлаждение с помощью рентгеновского излучения.
Поскольку ICM находится при таких высоких температурах, он испускает рентгеновское излучение, в основном за счет процесса тормозного излучения и рентгеновских линий излучения тяжелых элементов. Эти рентгеновские лучи можно наблюдать с помощью рентгеновского телескопа , и посредством анализа этих данных можно определить физические условия, включая температуру, плотность и металличность плазмы.
Измерения профилей температуры и плотности в скоплениях галактик позволяют определить профиль распределения массы ICM посредством моделирования гидростатического равновесия. Распределение масс, определенное с помощью этих методов, показывает массы, которые намного превышают видимую светящуюся массу и, таким образом, являются сильным признаком темной материи в скоплениях галактик.
Обратное комптоновское рассеяние фотонов низкой энергии посредством взаимодействий с релятивистскими электронами в ICM вызывают искажения в спектре космического микроволнового фонового излучения (CMB), известного как эффект Сюняева – Зельдовича. Эти температурные искажения реликтового излучения могут использоваться телескопами, такими как телескоп Южного полюса, для обнаружения плотных скоплений галактик на больших красных смещениях
Плазма в областях кластер, время охлаждения которого короче возраста системы, должен охлаждаться из-за сильного рентгеновского излучения, излучение которого пропорционально квадрату плотности. Поскольку плотность ICM наиболее высока к центру кластера, время радиационного охлаждения значительно уменьшается. Центральный охлажденный газ больше не может выдерживать вес внешнего горячего газа, и градиент давления управляет так называемым охлаждающим потоком, когда горячий газ из внешних областей медленно течет к центру кластера. Этот приток приведет к образованию областей холодного газа и, следовательно, областей нового звездообразования. Однако недавно, с запуском новых рентгеновских телескопов, таких как рентгеновская обсерватория Чандра, были получены изображения скоплений галактик с лучшим пространственным разрешением. Эти новые изображения не указывают на признаки нового звездообразования в порядке, который исторически предсказывался, что мотивирует исследования механизмов, которые могли бы предотвратить охлаждение центрального ICM.
Чандра изображение радиодоли скопления Персея. Эти релятивистские плазменные струи излучают радиоволны, являются рентгеновскими "холодными" и выглядят как темные пятна на резком контрасте с остальной частью ICM. Есть два популярных объяснения механизмов, которые предотвращение охлаждения центрального ICM: обратная связь от активных ядер галактик посредством инжекции релятивистских струй плазмы и колебания плазмы ICM во время слияния с субкластерами. Релятивистские струи вещества из активных ядер галактик можно увидеть на изображениях, полученных телескопами с высоким угловым разрешением, такими как рентгеновская обсерватория Чандра.
