Поміж величезними скупченнями галактик, до складу яких можуть входити сотні або тисячі галактик, блукає незліченна кількість зір-«безхатьків». Ці зорі гравітаційно не пов’язані з окремою галактикою, а тільки з гало скупчень галактик, і їх можна розрізнити лише за розсіяним світлом, яке вони випромінюють — «примарним світлом» («Ghost Light») чи «світлом всередині скупчення» (Intracluster light, ICL). Астрономи досі не можуть знайти пояснення, як ці зорі так сильно розсіялися в межах скупчень галактик.
Існує кілька теорій, зокрема й такі, які намагаються пояснити цю загадку тим, що зорі покинули свої галактики, бо були викинуті з них під час злиття галактик, або ж були складовою частиною скупчення галактик з моменту його раннього формування мільярди років тому. За допомогою Космічного телескопа імені Габбла наукова група з Університету Йонсей (Сеул) і Каліфорнійського університету в Девісі виконала інфрачервоне дослідження далеких скупчень галактик. Спостереження показують, що ці блукаючі зорі дрейфували мільярди років і не були вилучені з якихось галактик.
Огляд виконали Гунджін Джу (Hyungjin Joo), аспірант з Групи спостережуваного Всесвіту Йонсей (Yonsei Observable UNiverse Group, YOUNG) в Університеті Йонсей та Мюнґкук Джеймс Джі (Myungkook James Jee), лідер групи YOUNG і співробітник LSST в Каліфорнійському університеті в Девісі. В статті, яку нещодавно опублікував журнал Nature, вони вказують на те, що провідні теорії ICL передбачають — частка світла в ньому (як порівняти із загальним світлом скупчення галактик) швидко зменшується зі збільшенням червоного зміщення, досягаючи лише кількох відсотків для скупчень із червоним зміщенням z >1 (приблизно 10 мільярдів світлових років від нас).
Це зображення скупчення галактик у сузір’ї Волосся Вероніки отримане за допомогою рентгенівської обсерваторії NASA «Чандра» (Chandra X-ray Observatory). Авторські права на зображення: NASA/CXC/Univ. of Chicago /I. Zhuravleva (І. Журавльова) та ін./SDSS. Фото з сайту www.universetoday.com.
Уперше ICL виявив у 1951 році швейцарський астроном Фріц Цвікі (Fritz Zwicky), який повідомив про спостереження світної речовини під час спостереження скупчення галактик у сузір’ї Волосся Вероніки. Це скупчення містить щонайменше 1000 галактик і є одним із найближчих до Землі. Воно лежить на відстані лише 330 мільйонів світлових років. Однак спостережні дослідження ICL в скупченнях галактик, що містяться на відстані до 10 мільярдів світлових років, були безрезультатними, бо ICL дуже тьмяне. Фактично, ICL від цих скупчень галактик приблизно в 10 000 разів тьмяніше, ніж нічне небо на Землі.
У дослідженні Джі та Джу виконали аналіз даних глибокого інфрачервоного зображення, отриманого «Габблом», для 10 скупчень галактик зі значеннями червоного зміщення 1< z > 2 (приблизно від 7,731 до 10,324 мільярдів років). Це дало змогу показати, що частка світла від мандрівних зір залишається незмінною протягом мільярдів років. У нещодавньому прес-релізі NASA Джі пояснив:
«Це означає, що ці зорі вже були безхатьками на ранніх стадіях формування скупчення. Ми точно не знаємо, що зробило їх такими. Сучасні теорії не можуть пояснити наші результати, але якимось чином вони були створені у великих кількостях в ранньому Всесвіті. У ранні роки свого становлення галактики могли бути досить маленькими, і вони відносно легко викидали зорі через слабшу гравітаційну взаємодію».
Теорія про те, що зорі між скупченнями можуть бути вилучені з галактик, де вони народилися, безумовно, не безпідставна. Коли галактики рухаються у просторі скупчення, обертаючись навколо його центра, вони проходять крізь газ. Це створює опір, який спричиняє виштовхування газу й пилу з галактики у простір скупчення. У такий спосіб з’являється сировина для утворення нових зір. Однак, зважаючи на результати виконаного огляду, Джу та Джі відхилили цей механізм, як основну причину утворення зір усередині скупчення, бо це означало б, що ICL з часом зростатиме в міру збільшення їх кількості.
На зображенні скупчення галактик SMACS 0723, яке отримано за допомогою приймача NIRCam космічного телескопа Джеймса Вебба, видно багато галактик і гравітаційних лінз. Авторські права на зображення: NASA/ESA/CSA/STScI. Фото з сайту www.universetoday.com.
Стабільність ICL, яка зберігається протягом тривалого часу, вказує на те, що щось мало стати причиною народження багатьох зір мільярди років тому. У будь-якому випадку це матиме величезні наслідки для вивчення формування та еволюції галактик, особливо коли йдеться про темну матерію. «Якщо ми з’ясуємо походження зір всередині скупчень галактик, це допоможе нам зрозуміти історію утворення скупчення галактик в цілому, і вони можуть служити видимими індикаторами темної матерії, що огортає скупчення», — сказав Джу.
Якби популяція зір у просторі скупчення була наслідком вигнання зір зі своїх галактик під час злиття, зорі не мали б достатньо часу, щоб розсіятися по всьому гравітаційному полю скупчення. У такому разі вони не будуть відображати розподіл темної матерії скупчення. Якщо ж зорі утворилися під час ранньої історії скупчення (тобто мільярди років тому), то вони мали б повністю розсіялися по всьому скупченню. Це дає змогу астрономам використовувати їх для картографування розподілу темної матерії скупчення.
Цей новий спосіб є доповненням до традиційного методу картографування темної матерії, відомого як гравітаційне лінзування. Суть його в тому, що гравітація всього скупчення змінює кривизну простору-часу навколо нього, спричиняючи спотворення та посилення світла від об’єктів, що містяться значно далі у просторі. Тепер ці дослідження спиратимуться на можливості космічного телескопа Джеймса Вебба (James Webb Space Telescope, JWST), який чутливий до випромінювання ближнього інфрачервоного діапазону. Це дозволить значно розширить пошук зір всередині скупчень галактик із дуже високим червоним зміщенням.
Водночас, ці дослідження нададуть нові можливості для вимірювання розподілу темної матерії і того, яку роль вона відіграла (якщо вона її взагалі відіграла) у формуванні перших галактик у Всесвіті. Завдяки цьому науковці зможуть нарешті розгадати одну з найбільших таємниць сучасної астрономії та космології.
За інф. з сайту www.universetoday.com підготував Іван Крячко
