Большинство тяжёлых химических элементов Вселенной, в том числе и железо, сформировались на раннем этапе космической истории и со временем распространились по всей Вселенной. К этому выводу пришли учёные во время исследований Кластера Персея – скопления галактик, находящегося в созвездии Персей. Проводились исследования при помощи японского спутника Suzaku.
С 2009 по 2011 год исследователи KIPAC (Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology), которым совместно управляет Стэндфордский университет и Department of Energy’s SLAC National Accelerator Laboratory, использовали уникальные возможности спутника Suzaku, дабы составить карту распределения железа в Кластере Персея.
Исследователи обнаружили, что в рамках скопления галактик, охватывающего порядка 11 млн. световых лет космического пространства, концентрация испускающего рентгеновские лучи железа практически однородна во всех направлениях.
По словам ведущего исследователя, астрофизика KIPAC Norbert Werner, это свидетельствует о том, что железо, как и другие тяжёлые металлы, уже было равномерно распределено во Вселенной, когда кластер только начинал формироваться. Werner и его коллеги пришли к выводу, что любое объяснение того, как именно это произошло, связано главным образом с взрывами сверхновых звёзд и активными черными дырами.
Считается, что самыми активными «производителями железа» являются сверхновые типа Ia, которые формируются, когда белые карлики объединяются, аккумулируя огромную массу, в результате чего становятся нестабильными и в конечном итоге взрываются. Согласно наблюдениям Suzaku, общая масса железа, содержащаяся в газе, заполняющем кластер, примерно в 50 млрд. раз больше массы нашего Солнца.
Команда учёных предполагает, что по крайней мере 400 млрд. сверхновых типа Ia внесли свой вклад в химический «посев» космоса. Который позже стал Кластером Персея.
Сформировать железо – это одно, а распределить его равномерно по всей области формирования кластера – это совсем другое. Исследователи предполагают, что эти два процесса происходили примерно в один и тот же период космической истории.
Примерно 10-12 млрд. лет назад Вселенная формировала звёзды с самой максимальной за всю свою историю скоростью. Тогда же интенсивно формировались сверхновые, сопровождавшиеся взрывами. В то же время супермассивные черные дыры в центрах галактик также были максимально активными, испуская огромное количество газа и энергии, часть которой управляла мощными джетами. Галактические «ветра» уносили химические продукты образования сверхновых из своих галактик в широкий космос.
Некоторое время спустя, в тех областях космического пространства, где плотность вещества была максимальной, сформировались кластеры галактик.
Соавтор исследований Ondrej Urban также из KIPAC отмечает, что если предложенный им и его коллегами «сценарий» правильный, то по существу все скопления галактик с массами, подобными Кластеру Персея, должны характеризоваться аналогичными концентрациями железа и его однородным распределением по отношению к центру.
Кластеры галактик состоят из сотен, а то и тысяч галактик, огромного количества диффузного газа и темной материи, связанных друг с другом гравитационными силами.
Новый газ, поступающий в галактический кластер, направляется к его центру с достаточно высокой скоростью. За счет генерации ударных волн, газ нагревается. В Кластере Персея температура газа достигает 180 млн. градусов по Фаренгейту (100 млн. градусов по Цельсию). Газ настолько горячий, что в атомах, испускающих рентгеновское излучение, практически нет электронов.
Кластер Персея, который расположен примерно в 250 млн. световых лет от Земли и названный так в честь созвездия, в котором расположен, является самым ярким источником рентгеновского излучения вне нашей собственной галактики и самым ярким и близким кластером, картографирование которого производилось при помощи Suzaku.
Команда использовала рентгеновские телескопы спутника Suzaku, чтобы провести 84 наблюдения за Кластером Персея. Благодаря чувствительности приборов космического аппарата, учёные смогли измерить распределение железосодержащего газа.
Результаты исследований были опубликованы сегодня 31 октября в журнале Nature.
Спутник Suzaku, запущенный 10 июля 2005 года, изначально был назван Astro-E2. Астрономическая обсерватория была разработана Institute of Space, функционирующим при Japan Aerospace Exploration Agency в сотрудничестве с NASA и прочими научными японскими и американскими учреждениями.
