Телескоп Джеймс Уэбб показал изображение призрачного света в скоплениях галактик
Скопление галактик представляет собой структуру, состоящую из сотен или тысяч галактик, связанных вместе гравитацией с типичными массами в диапазоне от 10 14 до 10 15 масс Солнца. Они являются вторыми по величине известными гравитационно связанными структурами во Вселенной после галактических нитей и считались крупнейшими известными структурами во Вселенной до 1980-х годов, когда были обнаружены сверхскопления.
Одной из ключевых особенностей скоплений галактик является межгалактичекая внутрикластерная среда (ICM). Она состоит из нагретого газа между галактиками и имеет пиковую температуру от 2 до 15 кэВ, которая зависит от общей массы скопления.
В скоплениях галактик есть часть звезд, которые блуждают в межгалактическом пространстве, потому что их вытягивают огромные приливные силы, возникающие между галактиками в скоплении. Свет, излучаемый такими звездами, называется внутрикластерным светом (ICL) и очень слаб.
Его яркость составляет менее 1% от яркости самого темного неба, которое можно наблюдать с Земли. Это одна из причин, почему изображения, сделанные из космоса, очень ценны для их анализа.
Инфракрасные волны позволяют исследовать скопления галактик иначе, чем с помощью видимого света. Благодаря эффективности в инфракрасном диапазоне и четкости изображений JWST исследователи из IAC смогли исследовать внутрикластерный свет от SMACS-J0723.3-7327 с беспрецедентным уровнем детализации.
На самом деле изображения центра этого скопления с JWST в два раза глубже, чем предыдущие изображения, полученные космическим телескопом Хаббл.
«В нашем исследовании мы показываем большой потенциал JWST для наблюдения столь слабого объекта», — объясняет Мирейя Монтес, первый автор статьи. «Это позволит нам изучать скопления галактик, которые находятся намного дальше и более подробно», — добавляет она.
Чтобы проанализировать этот чрезвычайно слабый «призрачный» свет, а также нуждаясь в возможности наблюдения нового космического телескопа, исследователи разработали новые методы анализа, которые улучшают существующие.
«Нам нужно было выполнить некоторую дополнительную обработку изображений JWST, чтобы иметь возможность изучать свет внутри скопления, поскольку это слабая и протяженная структура. Это было ключом к тому, чтобы избежать ошибок в наших измерениях».
Благодаря полученным данным исследователи смогли продемонстрировать потенциал внутрикластерного света для изучения и понимания процессов, ведущих к формированию таких массивных структур, как скопления галактик.
«Анализируя этот рассеянный свет, мы обнаруживаем, что внутренние части скопления формируются в результате слияния массивных галактик, а внешние — в результате аккреции галактик, подобных нашему Млечному Пути», — отмечает Мирейя Монтес.
Но эти наблюдения дают представление не только о формировании скоплений галактик, но и о свойствах таинственного компонента нашей Вселенной: темной материи.
Звезды, излучающие свет внутри скопления, следуют за гравитационным полем скопления, что делает этот свет отличным индикатором распределения темной материи в таких структурах.
«JWST позволит нам охарактеризовать распределение темной материи в этих огромных структурах с беспрецедентной точностью и пролить свет на ее основную природу», — заключает Игнасио Трухильо, автор работы.