Скопление Девы: структура и состав¶

Скопление Девы — крупнейшее близкое к Млечному Пути скопление галактик, расположенное в созвездии Девы на расстоянии около 53,8 миллиона световых лет от Земли. Оно является центральным компонентом Местного сверхскопления (Ланиакеи) и содержит, по разным оценкам, от 1300 до 2000 галактик. Скопление Девы служит ключевым объектом для изучения крупномасштабной структуры Вселенной, тёмной материи и эволюции галактик.

¶Общая характеристика

Скопление Девы относится к типу неправильных (иррегулярных) скоплений: в отличие от сферически симметричных скоплений, таких как скопление Кома, оно не имеет единого ярко выраженного центра концентрации и характеризуется сложной, вытянутой структурой. Угловой размер скопления на небе составляет около 8 градусов, что примерно в 16 раз превышает видимый диаметр полной Луны.

Важной особенностью скопления является его высокая лучевая скорость убегания: галактики в нём удаляются от Млечного Пути со скоростью около 1200 км/с. При этом внутренняя дисперсия скоростей галактик достигает 700–800 км/с, что указывает на значительную массу системы.

¶Состав и структура

Скопление Девы демонстрирует ярко выраженную морфологическую сегрегацию. Эллиптические и линзовидные (S0) галактики концентрируются преимущественно в центральной части, тогда как спиральные галактики распределены по периферии и в притоках. Это распределение объясняется процессами динамического трения и взаимодействия с межгалактической средой.

¶Центральная область

Ядро скопления ассоциируется с гигантской эллиптической галактикой M87 (Messier 87, Virgo A). M87 — одна из самых массивных известных галактик, её масса оценивается в 2,4 триллиона масс Солнца. Галактика известна релятивистским джетом, выбрасываемым из её ядра, и наличием сверхмассивной чёрной дыры, масса которой составляет около 6,5 миллиардов масс Солнца (первое изображение тени чёрной дыры, полученное телескопом Event Horizon Telescope в 2019 году, относится именно к M87).

¶Подгруппы

Скопление Девы неоднородно и состоит из нескольких подгрупп, которые находятся в процессе слияния. Основные подгруппы:

• Подгруппа M87 — центральная, наиболее массивная, содержит преимущественно эллиптические галактики.
• Подгруппа M49 — вторая по массе, расположена к юго-западу от центра, также богата эллиптическими галактиками.
• Подгруппа M86 — включает крупную линзовидную галактику M86 и демонстрирует признаки активного взаимодействия с межгалактическим газом.
• Подгруппа M60 — находится на восточной периферии, включает гигантскую эллиптическую галактику M60.

Эти подгруппы связаны между собой потоками галактик и нитями тёмной материи, что подтверждается данными рентгеновской и оптической астрономии.

¶Галактики скопления

Скопление Девы содержит большое количество ярких галактик, входящих в каталог Мессье. Помимо M87, к скоплению относятся:

• M49 — ярчайшая галактика юго-западной подгруппы.
• M86 — линзовидная галактика с аномально высоким лучевым движением.
• M84 — линзовидная галактика вблизи центра.
• M61, M100, M90, M99, M104 (Сомбреро) — яркие спиральные галактики на периферии.

Всего в скоплении обнаружено несколько десятков карликовых галактик, которые составляют большинство его членов по численности, однако вносят незначительный вклад в общую светимость.

¶Межгалактическая среда

Скопление Девы заполнено разреженным горячим газом, температура которого достигает 10–30 миллионов кельвинов. Этот газ излучает в рентгеновском диапазоне и был обнаружен спутниками Einstein, ROSAT и XMM-Newton. Масса горячего газа в скоплении сопоставима с массой видимых звёзд в галактиках, что указывает на наличие значительного количества барионного вещества вне галактик.

Наблюдения показывают, что галактики, движущиеся сквозь межгалактическую среду, теряют свой холодный газ под действием гидродинамического давления (эффект Рамсея — Джинса). Это приводит к образованию хвостов из ионизованного газа и способствует трансформации спиральных галактик в линзовидные. Такие процессы активно наблюдаются в скоплении Девы, что делает его естественной лабораторией для изучения эволюции галактик.

¶Тёмная материя и динамика

Динамические оценки массы скопления, основанные на дисперсии скоростей галактик и рентгеновских наблюдениях, дают значение порядка 1,2×10^15 масс Солнца. При этом суммарная масса видимых звёзд составляет лишь около 2–3 % от этой величины, а масса горячего газа — около 10–15 %. Остальная масса приходится на тёмную материю, распределение которой прослеживается по гравитационному линзированию фоновых галактик.

Карты слабого гравитационного линзирования, полученные обсерваториями Subaru и Hubble, показывают, что распределение тёмной материи в скоплении Девы не совпадает с распределением видимых галактик и имеет несколько отдельных субъединиц, соответствующих подгруппам. Это подтверждает модель иерархического формирования структур во Вселенной.

¶Значение для астрономии

Скопление Девы играет важную роль в определении постоянной Хаббла и калибровке шкалы расстояний во Вселенной. Благодаря близости скопления, в нём наблюдаются цефеиды, сверхновые типа Ia и другие стандартные свечи, что позволяет связать локальные измерения расстояний с космологическими. Исследования скопления также внесли вклад в открытие тёмной материи: ещё в 1930-х годах Фриц Цвикки использовал данные по дисперсии скоростей галактик в скоплении Кома, а аналогичные измерения в Деве подтвердили расхождение между видимой и динамической массой.

Скопление Девы продолжает оставаться объектом интенсивных наблюдений в оптическом, рентгеновском, радио- и гамма-диапазонах, а также в гравитационно-волновой астрономии.

¶Источники

• Binggeli B., Sandage A., Tammann G.A. Studies of the Virgo Cluster. — Astronomy and Astrophysics, 1985.
• Fouqué P., Solanes J.M., Sanchis T. et al. Structure, mass and distance of the Virgo cluster from a Tolman-Bondi model. — Astronomy and Astrophysics, 2001.
• Mei S., Blakeslee J.P., Côté P. et al. The ACS Virgo Cluster Survey. — The Astrophysical Journal, 2007.
• Jones C., Forman W., Vikhlinin A. et al. X-ray emission from the Virgo cluster. — The Astrophysical Journal Letters, 2006.
• Event Horizon Telescope Collaboration. First M87 Event Horizon Telescope Results. — The Astrophysical Journal Letters, 2019.