Семь новых далёких массивных скоплений галактик обнаружили российские астрофизики и их коллеги с помощью данных каталога обсерватории им. Планка и наземных телескопов.

Это, фактически, одни из последних неизвестных ранее сгущений материи на картах наблюдаемой Вселенной, которые расположены так далеко от нас и имеют очень большую массу: сотни триллионов масс Солнца или примерно в 3 тысячи раз больше массы нашей Галактики. По-видимому, в скором времени будут обнаружены все скопления галактик такой большой массы в наблюдаемой части Вселенной. Это наглядное проявление того, что наблюдаемая часть Вселенной имеет конечный размер. Статья с результатами исследования принята к публикации в журнале «Письма в «Астрономический журнал» и выложена на сайте электронных препринтов arXiv.org.

Рис. 1. Примеры оптического отождествления массивных скоплений галактик на высоких красных смещениях, z ≈ 0,8. Красные галактики в центрах изображений — члены скоплений; белым цветом показаны более близкие объекты. Изображение из статьи Burenin et al. Optical identifications of high-redshift galaxy clusters from Planck Sunyaev-Zeldovich survey

Скопления галактик — самые массивные объекты в наблюдаемой Вселенной, своего рода «материки» на её карте. Одна из задач современной астрофизики — обнаружить и описать из них все наиболее крупные. Для этого используются самые различные методы, и один из них — наблюдения с использованием так называемого эффекта Сюняева-Зельдовича. 

Каталоги обзора всего неба обсерватории им. Планка (Европейское космическое агентство) содержат информацию о скоплениях галактик, полученную по этому эффекту. Однако она требует подтверждения. Иначе говоря, данные обсерватории им. Планка позволяют астрофизикам только понять, где именно находится кандидат в скопление галактик, а затем необходимо провести наблюдения в других диапазонах, чтобы определить и расстояние до такого скопления и его массу.

Небольшое уточнение: когда мы имеем дело с очень далёкими объектами, то расстояние принято измерять по красному смещению — по эффекту «покраснения» фотонов, идущих от очень далёких объектов. Чем больше красное смещение, обозначаемое буквой z, тем дальше скопление, а значит, тем в более юной Вселенной оно находится. Красное смещение объекта, соответствующее 1, означает, что он наблюдается примерно через 6 миллиардов лет после Большого взрыва, когда Вселенная была в два раза «моложе», чем сегодня.

«На высоких красных смещениях, то есть далеко от нас, используя данные второго каталога источников сигнала Сюняева-Зельдовича обзора обсерватории им. Планка, мы можем обнаружить только наиболее массивные скопления галактик в наблюдаемой Вселенной, полная масса которых более чем примерно в 30 тысяч раз больше массы нашей Галактики, — рассказывает Родион Буренин, сотрудник отдела астрофизики высоких энергий Института космических исследований РАН. — Такие объекты чрезвычайно редки. Например, на красных смещениях выше z=0,7 на всем небе ранее было известно всего 12 таких объектов».

Поисками и отождествлением крупных скоплений галактик из каталога Планка с помощью оптических телескопов занялся большой научный коллектив, в который входят научные сотрудники российских организаций: Института космических исследований (ИКИ) РАН, Казанского федерального университета (КФУ), Института солнечно-земной физики (ИСЗФ) Сибирского отделения РАН, Специальной астрофизической обсерватории (САО) РАН, — а также Государственной обсерватории ТУБИТАК (Анталья, Турция), Канарского института астрофизики (Тенерифе, Испания), Института космической астрофизики (Орсэ, Франция), Института астрофизики общества им. Макса Планка (Гархинг, Германия).

Для поиска скоплений были использованы данные различных обзоров неба в оптическом и инфракрасном диапазоне. Наблюдения в оптическом диапазоне проводились, в основном, на российских телескопах — на 1,5-метровом Российско-Турецком телескопе (РТТ-150, Турция), 1,6-метровом телескопе Саянской обсерватории, а также данные 6-метрового телескопа САО РАН (Большой телескоп азимутальный, БТА). Кроме того, некоторая часть необходимых данных была получена на 3,5-метровом телескопе обсерватории Калар Альто (Испания).

В результате систематического поиска и наблюдений на различных оптических телескопах было обнаружено еще семь таких массивных скоплений галактик на высоких красных смещениях, около z=0,8 (рис. 1). Масса каждого из них составляет около  6⋅10¹⁴ масс Солнца. В результате число таких массивных известных скоплений галактик в обзоре обсерватории им.  Планка на высоких красных смещениях примерно удвоилось (см. рис. 2).

Рис. 2. Соотношение между красным смещением (по горизонтали) и массой для скоплений галактик (по вертикали), отождествленных в каталоге PSZ2 (синие точки) и в новой работе (красные треугольники). Видно, что на красных смещениях около z=~0.8 новые данные примерно удваивают число известных скоплений галактик такой большой массы — 100 триллионов масс Солнца. Изображение из статьи Burenin et al. Optical identifications of high-redshift galaxy clusters from Planck Sunyaev-Zeldovich survey

Работа над этими данными продолжается. Как подчёркивают исследователи, большинство более близких скоплений такой большой массы уже известно, а на красных смещениях выше  z~1 скоплений галактик быть не должно из-за космологической эволюции. На таких больших расстояниях возраст Вселенной составляет приблизительно 6 миллиардов лет — всего около 40% современного возраста Вселенной, и такие большие скопления к этому времени просто не успели образоваться. А потому вполне может быть, что уже в очень скором времени будут обнаружены все скопления галактик такой большой массы в наблюдаемой части Вселенной. 

Можно вспомнить эпоху больших географических открытий, когда путешественники открывали новые острова и материки. Эта эпоха завершилась, поскольку все большие острова и материки были открыты. Эпоха больших астрономических открытий также должна когда-то завершиться, поскольку наблюдаемая часть Вселенной имеет конечный размер. Именно это видно сейчас на примере скоплений галактик очень большой массы, исследованных в работе российских астрофизиков и их коллег.

Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ) № 14-22-00271.

- О.З.