Внутрикластерная среда - Intracluster medium

В астрономия, то внутрикластерная среда (ICM) является перегретым плазма что пронизывает скопление галактик. Газ состоит в основном из ионизированный водород и гелий и составляет большую часть барионный материал в скоплениях галактик. ICM нагревается до температур порядка от 10 до 100 ° C. мегакельвины, испуская сильные рентгеновский снимок радиация.

Сочинение

Смотрите также: Межгалактическая звезда

ICM состоит в основном из обычных барионы, в основном ионизированный водород и гелий.[1] Эта плазма обогащена более тяжелыми элементами, в том числе утюг. Среднее количество более тяжелых элементов по отношению к водороду, известное как металличность в астрономии колеблется от трети до половины значения в солнце.[1][2] Изучение химического состава ICM в зависимости от радиуса показало, что ядра скоплений галактик более богаты металлами, чем при больших радиусах.[2] В некоторых кластерах (например, Скопление Центавра ) Металличность газа может превышать металличность Солнца.[3] Из-за гравитационного поля кластеров газ, обогащенный металлами, выбрасывается из сверхновые останки гравитационно связанный в кластер как часть ICM.[2] Глядя на различные красное смещение, что соответствует рассмотрению различных эпох эволюции Вселенной, ICM может обеспечить запись истории производства элементов в галактике.[4]

Примерно 10% массы скопления галактик находится в ICM. Звезды и галактики могут давать только 1% от общей массы.[1] Предполагается, что большая часть массы скопления галактик состоит из темная материя а не барионная материя. Для кластера Девы ICM содержит примерно 3 × 1014 M☉ а полная масса скопления оценивается в 1,2 × 1015 M☉.[1][5]

Хотя ICM в целом содержит основную часть барионов кластера, он не очень плотный, с типичными значениями 10−3 частиц на кубический сантиметр. В длина свободного пробега частиц составляет примерно 1016 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. Когда плотность плазмы достигает критического значения, достаточное количество взаимодействий между ионами обеспечивает охлаждение с помощью рентгеновского излучения.[6]

Наблюдение за внутрикластерной средой

Поскольку ICM находится при таких высоких температурах, он излучает рентгеновский снимок радиация, в основном тормозное излучение процесс и рентген эмиссионные линии от тяжелых элементов.[1] Эти рентгеновские лучи можно наблюдать с помощью Рентгеновский телескоп и путем 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 через гидростатическое равновесие моделирование. 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.[7]

Обратный Комптоновское рассеяние фотонов низкой энергии за счет взаимодействия с релятивистскими электронами в ICM вызывают искажения в спектре космическое микроволновое фоновое излучение (CMB), известный как Эффект Сюняева – Зельдовича.. Эти температурные искажения в CMB могут использоваться телескопами, такими как Телескоп Южного полюса обнаруживать плотные скопления галактик на больших красных смещениях[8]

Охлаждающие потоки

Плазма в областях кластера, время охлаждения которых короче возраста системы, должна охлаждаться из-за сильного рентгеновского излучения, излучение которого пропорционально квадрату плотности. Поскольку плотность ICM наиболее высока к центру кластера, время радиационного охлаждения значительно уменьшается.[9] Центральный охлаждаемый газ больше не может выдерживать вес внешнего горячего газа, и градиент давления вызывает то, что известно как охлаждающий поток где горячий газ из внешних областей медленно течет к центру кластера. Этот приток приведет к образованию областей холодного газа и, следовательно, областей нового звездообразования.[10] Однако недавно с запуском новых рентгеновских телескопов, таких как Рентгеновская обсерватория Чандра 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.[9]

Обогрев

Чандра изображение Скопление Персея радиолюбители. Эти релятивистские струи плазмы испускают радиоволны, являются рентгеновскими "холодными" и выглядят как темные пятна, резко контрастирующие с остальной частью ICM.

Существует два популярных объяснения механизмов, препятствующих охлаждению центрального ICM: обратная связь от активные галактические ядра путем инъекции релятивистские струи плазмы[11] и плескание плазмы ICM при слияниях с субкластерами.[12][13] Релятивистские струи вещества из активных ядер галактик можно увидеть на изображениях, полученных телескопами с высоким угловым разрешением, такими как Рентгеновская обсерватория Чандра.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Спарк, Л.С.; Галлахер, Дж. С. III (2007). Галактики во Вселенной. Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-67186-6.
  2. ^ а б c Mantz, Adam B .; Аллен, Стивен У .; Моррис, Р. Гленн; Симионеску, Аврора; Урбан, Ондрей; Вернер, Норберт; Журавлева, Ирина (декабрь 2017). «Металличность внутрикластерной среды в космическом времени: дальнейшие доказательства раннего обогащения». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 472 (3): 2877–2888. arXiv:1706.01476. Bibcode:2017МНРАС.472.2877М. Дои:10.1093 / мнрас / stx2200. ISSN  0035-8711.
  3. ^ Sanders, J. S .; Fabian, A.C .; Тейлор, Г. Б.; Russell, H.R .; Blundell, K. M .; Canning, R.E.A .; Hlavacek-Larrondo, J .; Уокер, С. А .; Граймс, К. К. (21 марта 2016 г.). «Очень глубокий взгляд Чандры на металлы, плескание и обратную связь в скоплении галактик Центавр». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 457 (1): 82–109. arXiv:1601.01489. Bibcode:2016МНРАС.457 ... 82С. Дои:10.1093 / mnras / stv2972. ISSN  0035-8711.
  4. ^ Левенштейн, Майкл. Химический состав внутрикластерной среды., Столетние симпозиумы обсерваторий Карнеги, стр. 422, 2004 г.
  5. ^ Фук, Паскаль; Solanes, Jose M .; Санчис, Тереза; Балковски, Шанталь (01.09.2001). «Структура, масса и расстояние скопления Девы из модели Толмена-Бонди». Астрономия и астрофизика. 375 (3): 770–780. arXiv:Astro-ph / 0106261. Bibcode:2001A & A ... 375..770F. Дои:10.1051/0004-6361:20010833. ISSN  0004-6361.
  6. ^ Peterson, J. R .; Фабиан, А. С. (2006). «Рентгеновская спектроскопия остывающих кластеров». Отчеты по физике. 427 (1): 1–39. arXiv:astro-ph / 0512549. Bibcode:2006ФР ... 427 .... 1П. Дои:10.1016 / j.physrep.2005.12.007.
  7. ^ Котов, О .; Вихлинин, А. (2006). "Чандровская выборка скоплений галактик на z = 0,4–0,55: эволюция в соотношении масса-температура". Астрофизический журнал. 641 (2): 752–755. arXiv:astro-ph / 0511044. Bibcode:2006ApJ ... 641..752K. Дои:10.1086/500553. ISSN  0004-637X.
  8. ^ Станишевский, З .; Ade, P.A.R .; Aird, K. A .; Benson, B.A .; Bleem, L.E .; Carlstrom, J.E .; Chang, C.L .; Х.-М. Чо; Кроуфорд, Т. М. (2009). "Скопления галактик, обнаруженные с помощью обзора эффекта Сюняева-Зельдовича". Астрофизический журнал. 701 (1): 32–41. arXiv:0810.1578. Bibcode:2009ApJ ... 701 ... 32S. Дои:10.1088 / 0004-637X / 701/1/32. ISSN  0004-637X.
  9. ^ а б Фабиан А.С. (01.06.2003). «Ядра кластеров и охлаждающие потоки». Эволюция галактик: теория и наблюдения (ред. Владимира Авила-Риза.. 17: 303–313. arXiv:Astro-ph / 0210150. Bibcode:2003RMxAC..17..303F.
  10. ^ Фабиан, А. К. (1994-01-01). «Охлаждающие потоки в скоплениях галактик». Ежегодный обзор астрономии и астрофизики. 32: 277–318. arXiv:Astro-ph / 0201386. Bibcode:1994ARA & A..32..277F. CiteSeerX  10.1.1.255.3254. Дои:10.1146 / annurev.aa.32.090194.001425. ISSN  0066-4146.
  11. ^ Ян, Х.-Й. Карен; Рейнольдс, Кристофер С. (01.01.2016). «Как струи AGN нагревают внутрикластерную среду - выводы из гидродинамического моделирования». Астрофизический журнал. 829 (2): 90. arXiv:1605.01725. Bibcode:2016ApJ ... 829 ... 90Y. Дои:10.3847 / 0004-637X / 829/2/90. ISSN  0004-637X.
  12. ^ ZuHone, J. A .; Маркевич, М. (01.01.2009). «Нагрев ядра кластера от сливающихся подкластеров». Огненное дыхание чудовища: обратная связь в галактиках. Материалы конференции AIP. 1201: 383–386. arXiv:0909.0560. Bibcode:2009AIPC.1201..383Z. CiteSeerX  10.1.1.246.2787. Дои:10.1063/1.3293082.
  13. ^ Фабиан, Эндрю С. (2002). «Охлаждающие потоки в скоплениях галактик». Маяки Вселенной: самые светящиеся небесные объекты и их использование в космологии. Симпозиумы Eso Astrophysics. Шпрингер, Берлин, Гейдельберг. С. 24–36. arXiv:Astro-ph / 0201386. CiteSeerX  10.1.1.255.3254. Дои:10.1007/10856495_3. ISBN  978-3-540-43769-7.