Скопление галактик. Скопление и сверхскопление галактик

Галактики редко бывают одиночными. 90 процентов галактик концентрируются в скопления, в которые входят от десятков до нескольких тысяч членов. Средний диаметр скопления галактик 5 Мпк, среднее число галактик в скоплении – 130.

В Местную группу галактик, размеры которой 1,5 Мпк, входит наша Галактика, Туманность Андромеды M31, Туманность Треугольника M33, Большое Магелланово Облако (БМО), Малое Магелланово Облако (ММО), неправильные галактики NGC 6822, IC 1613, карликовые галактики – всего около сорока галактик, связанных взаимной гравитацией. Согласно последним исследованиям Местная группа движется со скоростью 635 км/с относительно соседних скоплений.

Скопления сферической формы, состоящие из тысяч галактик, называются регулярными. В них чаще всего встречаются эллиптические галактики. Как правило, они являются сильными радиоисточниками. Одним из самых больших скоплений, содержащим 40 000 галактик, является скопление в созвездии Волосы Вероники. Оно находится от нас на расстоянии 100 Мпк. Скопление занимает на небе область диаметром около 10°, а его размеры достигают десяти миллионов световых лет.

В иррегулярных скоплениях много спиральных галактик, но общее число галактик значительно меньше по сравнению с регулярными скоплениями.

Одно из них – скопление в созвездии Девы, находящееся в 15 Мпк от Местной группы. Скопление Девы огромно: оно покрывает участок неба, в 200 раз превышающий площадь, занимаемую Луной. Одна только эллиптическая галактика M87 из этого скопления по размеру сравнима с нашей Местной группой.

Наивысшая плотность галактик наблюдается в центральных областях крупных скоплений. Галактики здесь часто сталкиваются. Конечно, расстояния между звездами огромны, и при столкновении двух галактик звезды одной из них свободно проходят между звездами другой. Однако галактики притягивают друг друга, звезды сходят с орбит; в некоторых случаях галактики сливаются.

Пространство между галактиками заполнено газом, температура которого более десяти миллионов кельвинов. В среднем на каждый кубический дециметр пространства приходится всего один атом, однако в связи с огромным объемом скопления полная масса газа сопоставима с массой всех галактик скопления.

Чтобы столь горячий газ не покидал скопление, его должна удерживать большая сила тяготения. По оценкам ученых суммарного гравитационного поля всех галактик для этого не достаточно. Необходимо предположить, что существует так называемая скрытая масса. К этому же выводу можно прийти, рассматривая устойчивость самих скоплений: скорости отдельных галактик настолько высоки, что без скрытой массы они разлетелись бы в разные стороны.

Скопления галактик, по-видимому, самые крупные устойчивые системы во Вселенной. Области повышенной концентрации скоплений галактик чередуются с пустотами в сотни миллионов световых лет. Местная группа (вместе с сотнями других скоплений) также расположена в сверхскоплении, центр масс которого находится в созвездии Девы. Другое сверхскопление находится в созвездии Геркулеса на расстоянии около 700 миллионов световых лет.

Практически все галактики входят в то или иное скопление. На сегодня известны тысячи скоплений галактик. Это такие гравитационно-связанные системы, которые являются одними из самых больших структур во Вселенной. Диаметр скоплений галактик всегда превышает десятки миллионов световых лет.

Все скопления галактик можно разделить на 2 основных типа (или класса): правильные (регулярные) и неправильные (иррегулярные). Также ещё скопления галактик можно классифицировать по разным параметрам, например, по наличию ярких галактик в центре, по наличию пекулярных галактик, по числу галактик с мощным излучением и так далее.

Правильные скопления галактик

Правильные (регулярные) скопления - как правило правильной сферической формы, состоят из большого числа галактик (количество может превышать 10 тысяч), к центру этого скопления увеличивается концентрация галактик. Самые яркие члены этих скоплений относятся к E и S0. В самом центре можно обнаружить одну или две ярчайшие эллиптические галактики.

Типичным и известным представителем правильных скоплений является скопление в (показано на изображении выше). Его размеры превышают 4 Мегапарсека. Помните, что 1 парсек = 3.08567758 × 10 16 метра. Число галактик в этом скоплении - несколько десятков тысяч.

Неправильные скопления галактик

Неправильные (иррегулярные) скопления галактик имеют неправильную форму и в них часто встречаются отдельные сгущения. В скоплениях этого типа встречаются галактики всех типов.

Типичным представителем неправильных галактик является скопление в созвездии Девы. Размеры его примерно 3 Мегапарсека. Число галактик - несколько тысяч (не больше 10 тысяч).

Ещё одним хорошим примером неправильного скопления галактик является скопление в :

В этом скоплении очень много спиральных галактик, внутри которых идёт активное звёздообразование. Часть галактик сталкивается друг с другом и со временем сливаются в одну. Учёные считают, что это скопление - хороший пример того, как на раннем этапе развития Вселенной взаимодействовали между собой галактики и после отдалились друг от друга, вследствие расширения Вселенной.

Сверхскопления галактик

Изображение взято из Википедии

Крупномасштабные неоднородности в распределении галактик носят так называемый «ячеистый» характер. На стенках каждой ячейки расположено много галактик и скоплений, а внутри - большие пустые пространства. Размеры таких ячеек примерно составляют 100 Мегапарсек, толщина стенок - 3-4 Мегапарсека. Большие правильные или неправильные скопления галактик находятся в узлах этой ячеистой структуры. Отдельные участки (фрагменты) этой структуры называют сверхскоплениями . Как правило, сверхскопления имеют вытянутую или неправильную форму. На изображении выше часть сверхскоплений подписана.

Теперь вы представляете масштабы Вселенной (хотя, наверное, такое нельзя представить). Его невообразимые размеры. Это многотысячные скопления галактик, сверхскопления, внутри каждого из которых миллионы звёзд, каждая из них имеет множество планет, возможно на которых живут разумные существа. Вот только далеко нам до них и совсем не верится, что когда-нибудь мы кого-нибудь повстречаем!

Общая астрономия. Внегалактическая астрономия. Скопления галактик

Годы и расстояния.

Скопление в созвездии Печи. Галактики редко бывают одиночными. 90 процентов галактик концентрируются в скопления, в которые входят от десятков до нескольких тысяч членов. Средний диаметр скопления галактик 5 Мпк, среднее число галактик в скоплении – 130.

Местная группа галактик.

Скопление в созвездии Волосы Вероники. Мы его видим таким, каким оно было 400 миллионов лет назад. В Местную группу галактик, размеры которой 1,5 Мпк, входит наша Галактика, Туманность Андромеды M31, Туманность Треугольника M33, Большое Магелланово Облако (БМО), Малое Магелланово Облако (ММО), неправильные галактики NGC 6822, IC 1613, карликовые галактики – всего около сорока галактик, связанных взаимной гравитацией. Согласно последним исследованиям Местная группа движется со скоростью 635 км/с относительно соседних скоплений. Скопления сферической формы, состоящие из тысяч галактик, называются регулярными. В них чаще всего встречаются эллиптические галактики. Как правило, они являются сильными радиоисточниками. Одним из самых больших скоплений, содержащим 40 000 галактик, является скопление в созвездии Волосы Вероники. Оно находится от нас на расстоянии 100 Мпк. Скопление занимает на небе область диаметром около 10°, а его размеры достигают десяти миллионов световых лет. В иррегулярных скоплениях много спиральных галактик, но общее число галактик значительно меньше по сравнению с регулярными скоплениями.

Одно из них – скопление в созвездии Девы, находящееся в 15 Мпк от Местной группы. Скопление Девы огромно: оно покрывает участок неба, в 200 раз превышающий площадь, занимаемую Луной. Одна только эллиптическая галактика M87 из этого скопления по размеру сравнима с нашей Местной группой. Наивысшая плотность галактик наблюдается в центральных областях крупных скоплений. Галактики здесь часто сталкиваются. Конечно, расстояния между звездами огромны, и при столкновении двух галактик звезды одной из них свободно проходят между звездами другой. Однако галактики притягивают друг друга, звезды сходят с орбит; в некоторых случаях галактики сливаются. Пространство между галактиками заполнено газом, температура которого более десяти миллионов кельвинов. В среднем на каждый кубический дециметр пространства приходится всего один атом, однако в связи с огромным объемом скопления полная масса газа сопоставима с массой всех галактик скопления. Чтобы столь горячий газ не покидал скопление, его должна удерживать большая сила тяготения. По оценкам ученых суммарного гравитационного поля всех галактик для этого не достаточно. Необходимо предположить, что существует так называемая скрытая масса. К этому же выводу можно прийти, рассматривая устойчивость самих скоплений: скорости отдельных галактик настолько высоки, что без скрытой массы они разлетелись бы в разные стороны. Скопления галактик, по-видимому, самые крупные устойчивые системы во Вселенной. Области повышенной концентрации скоплений галактик чередуются с пустотами в сотни миллионов световых лет. Местная группа (вместе с сотнями других скоплений) также расположена в сверхскоплении, центр масс которого находится в созвездии Девы. Другое сверхскопление находится в созвездии Геркулеса на расстоянии около 700 миллионов световых лет.

На этой трехмерной карте, покрывающей около трети неба, отмечены более 11 тысяч галактик. На трехмерных картах северной части неба хорошо заметна подобная структура, имеющая размеры 50×30×5 Мпк, названная Великой стеной. Похожее образование обнаружено и в южной части неба. Ячеистая структура Вселенной отражает картину распределения вещества в эпоху, когда галактик еще не существовало.

Галактики собраны в сверхскопления, которые образуют слои и ленты, разделенные обширными пустотами; по структуре это напоминает губку.

Источник информации: "Открытая Астрономия 2.5", ООО "ФИЗИКОН"

Скопления галактик

70 миллионов световых лет:

Через центр скопления галактик в Деве проходит замечательная вереница галактик, известная как цепочка Маркаряна. Показанная на фото цепочка начинается вверху справа с двух больших, но невыразительных линзовидных галактик – M84 и M86. Ниже и левее находится пара взаимодействующих галактик, известных как "Глаза". Скопление галактик в Деве, членами которого являются все эти галактики – это ближайшее к нам скопление галактик. В нём – более 2000 галактик, и его гравитационное притяжение оказывает заметное влияние на Местную группу галактик, окружающую нашу Галактику Млечный Путь. Центр скопления в Деве находится на расстоянии около 70 миллионов световых лет в созвездии Девы. По крайней мере семь галактик в цепочке движутся в одном направлении, остальные, по-видимому, случайно оказались в этом месте.

100 миллионов световых лет:

Это трио галактик иногда называют группой NGC 5985/Дракона, оно находится в северном созвездии Дракона. Слева направо на фото расположены повернутая плашмя спиральная галактика NGC 5985, эллиптическая галактика NGC 5982 и, наконец, видимая с ребра спираль NGC 5981 - все они попали в одно поле зрения, поскольку расстояние меду ними чуть больше половины диаметра полной Луны. Эта группа слишком мала, чтобы быть скоплением галактик, она также не была занесена в каталоги как компактная группа. Эти галактики удалены от Земли примерно на 100 миллионов световых лет. Детальное спектрографическое исследование яркого ядра замечательной видимой плашмя спиральной галактики NGC 5985 показало заметное излучение в определенных спектральных линиях, что позволяет астрономам классифицировать эту галактику как сейфертовскую, то есть отнести её к одному из типов активных галактик. На этом глубоком изображении также видны слабые и ещё более далёкие галактики фона.

250 миллионов световых лет:

Это один из самых больших объектов нашего небосвода. Каждое из этих туманных пятнышек - галактика. Вместе они образую скопление галактик в Персее - одно из самых близких к нам скоплений галактик. Мы видим его сквозь расположенные на переднем плане слабые звёзды Млечного Пути. Почти в центре скопления, примерно в 250 миллионах световых лет от нас находится главная галактика скопления NGC 1275. На картинке эту большую галактику можно увидеть слева. NGC 1275 является поразительным источником рентгеновского и радиоизлучения. Она накапливает вещество по мере того, как не неё падает окружающий газ и другие галактики. Скопление галактик в Персее записано в каталог под именем Абель 426. Оно является частью сверхскопления Рыбы-Персей, которое занимает на небе около 15 градусов и насчитывает более 1000 галактик. На расстоянии до галактики NGC 1275 эта фото покрывает ~15 миллионов световых лет.

300 миллионов световых лет:

Галактика NGC 1132 выглядит однородной - но как она сформировалась? NGC 1132 - это эллиптическая галактика, в ней мало пыли и газа, и в ней в настоящее время почти не образуются звёзды. Хотя многие эллиптические галактики находятся в скоплениях галактик, NGC 1132 - это большая изолированная галактика в созвездии Эридана. Чтобы изучить историю этого привлекающего внимание шара из миллиардов звезд, получили изображения NGC 1132 в видимом свете с помощью космического телескопа Хаббла и в рентгеновских лучах на рентгеновской обсерватории Чандра. На этом составном фото видимое свечение показано белым, а рентгеновское излучение – голубым цветом. Рентгеновское излучение показывает неожиданное присутствие очень горячего газа, вероятно, оно также отслеживает распределение тёмной материи. Согласно одной из гипотез, NGC 1132 сформировалась в результате последовательного слияния галактик, входящих первоначально в небольшую группу галактик. Расстояние до NGC 1132 - более 300 миллионов световых лет. На фото можно увидеть также множество замечательных далеких галактик.

450 миллионов световых лет:

Эта группа галактик очень далека. До нее ~450 миллионов световых лет (скопление галактик Эйбелл S0740). Доминирует огромная центральная эллиптическая галактика ESO 325-G004. На этом четком фото, полученном телескопом Хаббла, можно увидеть множество галактик с удивительно разнообразными формами и размерами, и всего несколько звёзд ближнего фона, которые легко отличить по дифракционным лучам. Диаметр гигантской эллиптической галактики – более 100 000 световых лет, в ней почти 100 миллиардов звезд, и по размеру она сравнима с нашей спиральной галактикой. Телескоп Хаббла позволяет даже в таких далеких галактиках увидеть многие структурные детали, включая великолепные спиральные рукава и полосы пыли, звездные скопления, кольцевые структуры и дуги, возникшие в результате гравитационного линзирования.

650 миллионов световых лет:

На фото изображены галактики скопления в Геркулесе - архипелага "островов Вселенной", который находится на расстоянии 650 миллионов световых лет от нас. В этом скоплении галактик содержатся наполненные газом, пылью и областями звездообразования спиральные галактики и относительно небольшое число эллиптических галактик, в которых почти отсутствуют газ и пыль и связанные с ними только что родившиеся звезды. На этой составной картинке галактики со звездообразованием голубого цвета, а эллиптические галактики - желтоватого оттенка. На этом космическом пейзаже видно, что многие галактики сталкиваются или сливаются, а другие галактики кажутся искаженными. Это свидетельствует о том, что галактики скопления взаимодействуют. Со временем взаимодействие галактик будет влиять на состав скопления. Астрономы считают, что скопление галактик в Геркулесе очень похоже на молодые скопления, которые находятся далеко и существовали уже в ранней Вселенной. Изучая типы галактик и их взаимодействие в более близком скоплении в Геркулесе, учёные надеются разгадать эволюцию галактик и скоплений галактик.

8000 миллионов световых лет:

Это изображение группы слабых очень далеких галактик, полученное космическим телескопом им. Хаббла, является снимком молодой Вселенной. Голубоватые неправильные галактики на фото находятся на расстоянии 8 миллиардов лет от нас и проходят стадию столкновения галактик и вспышки звездообразования. Изучение этих объектов - трудная задача, потому что они очень слабые. Исследование этих галактик поможет понять, как образовался наш Млечный Путь.

10000 миллионов световых лет:

Можем ли мы посмотреть в самое начало жизни нашей Вселенной? Можем, так как свет, который пришел к нам из самого начала, пролетел всю Вселенную, и время, которое потребовалось свету достичь нас, равно возрасту Вселенной. Поэтому, наблюдая за далекими объектами, мы можем узнать, как выглядела Вселенная в начале своей жизни. Телескопы представляют собой в некотором смысле "временные ворота". При наблюдениях далеких скоплений галактик (внутри светового конуса) можно видеть, когда и как формировались эти огромные конгломераты галактик. Ранее самым далеким зарегистрированным скоплением галактик было скопление с красным смещением, равным 1.5, то есть оно находится на расстоянии 9 млрд. световых лет. Недавно, используя рентгеновские изображения, полученные на рентгеновской обсерватории Чандра и другие данные, ученые обнаружили новое самое далекое скопление. Объект, который обозначили JKCS041, показан на фото. Красное смещение скопления равно 1.9, то есть скопление находится на один миллиард световых лет дальше предыдущего рекордсмена. Горячий газ, светящийся в рентгеновских лучах, позволяет сделать вывод, что мы наблюдаем не случайную группу галактик, а настоящее скопление. На картинке газ показан синим цветом. Рентгеновское изображение газа наложено на оптическое изображение, на котором видны звезды, расположенные на переднем плане. Сейчас мы видим JKCS041 таким, каким скопление было, когда возраст Вселенной составлял только четверть настоящего возраста.

О том, что существуют другие галактики, астрономы знали уже в начале XX века. Несмотря на то, что первые из открытых галактик были уже известны ученым, поначалу их называли туманностями, приписывая их к нашей галактике - Млечный Путь. Ученые предполагали, что эти туманности могут представлять собой отдельные звездные системы. Однако такие гипотезы не выдерживали критики со стороны научного мира. Так складывалось из-за несовершенства техники для наблюдений.

Исследования галактик

В 1922 году астроном из Эстонии Эрнст Эпик смог рассчитать приблизительное расстояние, которое отделяет Солнечную систему от туманности Андромеды. Данные, которые получил астроном, составляют 0,6 от тех цифр, которыми располагают ученые сейчас - а это даже более точный расчет, чем у Э. Хаббла. Сам Эдвин Хаббл в 1924 году воспользовался самым огромным в то время телескопом. Его диаметр составлял 254 см. Хаббл также сделал вычисления расстояния до Андромеды. Сейчас ученые располагают более точными данными, которые в три раза меньше сделанных Хабблом - однако все же это расстояние настолько велико, что туманность никак не может быть частью нашей галактики. Так туманность Андромеды стала первой отдельной галактикой.

Скопления галактик

Подобно звездам, галактики образуют группы разной численности. При этом такое свойство выражено у них намного в большей степени, чем у звезд. Большинство звезд не являются частями скопления, входя в состав общего поля нашей галактики. Группа галактик, в состав которой входит Млечный путь (местная галактика) насчитывает 40 галактик. Подобное группирование очень распространено на просторах Вселенной.

Группы галактик, доступные для наблюдения

Известная часть скопления галактик называется «Метагалактика» - ее можно наблюдать с помощью астрономических методов. В состав Метагалактики входит порядка одного миллиарда галактик, наблюдение которых доступно при помощи телескопов. Млечный Путь является одной из которая является частью Метагалактики. Наша галактика и еще порядка 1,5 десятка галактик являются частью галактической группы, называемой местной группой галактик.

Возможности исследовать Метагалактику появились, главным образом, в конце ХХ века. Астрономы выяснили, что в находятся космическое и электромагнитное излучение, отдельные звезды, а также межгалактический газ. Благодаря научным достижениям стало возможным изучать галактики разных типов - квазары, радиогалактики.

Свойства Метагалактики

Иногда астрономы любят называть Метагалактику "Большой Вселенной". С улучшением техники и телескопов все большая ее часть становится доступной для наблюдения. Астрономы считают, что Млечный путь и ближайшие 10-15 галактик являются членами одного галактического скопления. В Метагалактике очень распространены скопления галактик, численность которых составляет от 10 до нескольких десятков членов. Такие группы плохо различимы астрономами на больших расстояниях. Причина в том, что карликовые галактики не доступны для наблюдения, а гигантских в подобных группах, как правило, всего несколько.

Согласно эйнштейновской теории относительности, большие массы способны искривлять вокруг себя пространство. Поэтому положения геометрии Евклида в этом пространстве не оправдываются. Только в огромном масштабе Метагалактики можно увидеть различия между двумя научными подходами - ньютоновской механикой и механикой Эйнштейна. В Метагалактике также действует так называемый закон красного смещения. Это значит, что все находящиеся около нас галактики удаляются в разные стороны. Причем чем дальше они удаляются, тем больше становится их скорость.

Типы галактик по форме

Галактические скопления могут быть рассеянными, или иметь шарообразную форму. В их состав могут входить десятки и даже тысячи различных галактик. Самая близкая к нам галактика расположена в созвездии Девы и удалена на расстояние 10 миллионов парсеков. Скопления галактик, называемые правильными, имеют сферическую форму. Входящие в их состав галактики имеют тенденцию концентрироваться в одной точке - центре галактического скопления. Правильные скопления и без того отличаются высокой плотностью галактик, но в их центре концентрация достигает максимума. Однако есть у правильных скоплений и различия, проявляемые, главным образом, в их плотности и различной численности входящих в их состав галактик.

Галактики с самой большой плотностью

Например, группа галактик Волосы Вероники отличается большим количеством составляющих, а галактики, входящие в состав Пегаса - плотностью. Особенно высока она в центральном районе Пегаса. Здесь плотность достигает 2 тыс. галактик на 1 кубический мегапарсек. Соседние галактики практически касаются друг друга, а их плотность практически в 40 тысяч раз выше, чем плотность в Метагалактике. Также высокая плотность свойственна группам галактик Северная Корона.

Откуда взялись галактики?

Пока ученые не могут дать точного ответа на этот вопрос. Однако по теории Большого взрыва, молодая Вселенная была полна водородом и гелием. Из этого густого облака под действием темной материи (а впоследствии и гравитационных сил) стали формироваться первые звезды и звездные скопления.

Когда во Вселенной появились первые звезды?

По мнению некоторых астрономов, звезды появились достаточно рано - уже через 30 млн. лет после Большого взрыва. Другие убеждены, что эта цифра составляет 100 млн. лет. Исследования при помощи современной техники показывают, что светила формировались одновременно по нескольку штук - часто это количество доходило даже до сотен. Этому способствовали гравитационные силы, оказывающие влияние на заполнявший Вселенную газ. Газовые облака закручивались в диски, и в них постепенно формировались уплотнения, затем становившиеся звездами. В юной Вселенной первые звезды были действительно гигантских размеров - ведь для них было много «строительного материала».

Самое большое скопление галактик, открытое астрономами, называется SPT-CL J0546-5345. Ее масса практически равна массе 800 триллионов Солнц. Обнаружить гигантскую галактику ученые смогли при помощи Сюняева-Зельдовича - он заключается в том, что температура микроволнового излучения падает при его взаимодействии с гигантскими объектами Вселенной. Это скопление удалено от нас на 7 млрд. световых лет. Иными словами, астрономы наблюдают его таким, какое оно было 7 млрд. лет назад - а это через 6,7 млрд. лет после Большого взрыва.

В дальних просторах Вселенной было обнаружено еще одно скопление галактик, образующее обособленную космическую систему - ACT-CL J0102-4915. Эту огромную группу галактик астрономы прозвали El Gordo, что в переводе с испанского означает «толстяк». Ее расстояние до Земли - 9,7 млрд. световых лет. Масса этой группы галактик превышает массу Солнца в 3 миллиона миллиардов.

Волосы Вероники

Скопление Волосы Вероники - это одна из самых интересных галактических групп в Метагалактике. Оно насчитывает порядка нескольких тысяч галактик. Расположены они в нескольких сотнях миллионов световых лет от Млечного пути. Большинство галактик являются эллиптическими. Волосы Вероники не отличаются яркими звездами - даже альфа, называемая Диадемой, невелика. В этом созвездии можно наблюдать скопление слабо светящихся звезд «Кома», что в переводе с латинского означает «волосы». Древнегреческий ученый Эратосфен называл это скопление «Волосами Ариадны». Птолемей же относил его к составу Льва.

Одна из самых красивых галактик созвездия - NGC 4565, или «Игла». С поверхности нашей планеты видна с ребра. Находится она в 30 млн. световых лет от Солнца. А диаметр галактики составляет более 100 тыс. световых лет. В Волосах Вероники есть и две взаимодействующие галактики - NGC 4676, или, как еще называют эту группу, «Мыши». Они удалены от Земли на расстояние 300 млн. световых лет. Исследования показали, что уже однажды эти галактики прошли друг через друга. Ученые предполагают, что «Мыши» будут сталкиваться еще не раз, до тех пор, пока не превратятся в одну галактику.