Кіріспе
Галактикалар шоғырын толыққанды сіңіретін аса қызған плазма. Астрономияда шоғыраралық орта (ICM) – галактикалар шоғырын толыққанды сіңіретін аса қызған плазма. Газ негізінен иондалған сутегі мен гелийден тұрады және галактикалар шоғырындағы бариондық материяның басым бөлігін құрайды. ICM 10-ден 100 мегакельвинге дейін қыздырылады, нәтижесінде күшті рентген сәулеленуі пайда болады.
In astronomy, the intracluster medium (ICM) is the superheated plasma that permeates a galaxy cluster. The gas consists mainly of ionized hydrogen and helium and accounts for most of the baryonic material in galaxy clusters. The ICM is heated to temperatures on the order of 10 to 100 megakelvins, emitting strong X ray radiation.
Құрамы
ICM негізінен қарапайым бариондардан, негізінен иондалған сутек пен гелийден тұрады. Бұл плазма темір сияқты ауыр элементтермен байытылған. Астрономияда металдық деп аталатын, сутекке қатысты ауыр элементтердің орташа мөлшері, Күндегі мәннен үштен бірінен жартысына дейін құрайды. ICM-нің радиусқа тәуелді химиялық құрамын зерттеу, галактикалар шоғырларының орталықтары, үлкен радиустарға қарағанда, металға бай екенін көрсетті. Шоғырлардың гравитациялық өрісінің әсерінен, супернова қалдықтарынан шығарылған металға толы газ, ICM құрамында гравитациялық байланыста қалады. Галактика шоғырының шамамен 15% массасы ICM-де шоғырланған. Жұлдыздар мен галактикалар жалпы массаның шамамен 5% ғана құрайды. Галактика шоғырындағы массаның көп бөлігі бариондық емес, қара материядан тұрады деп есептеледі. Мысалы, Virgo шоғырында ICM шамамен 3 × 1014 M☉ құрайды, ал шоғырдың жалпы массасы 1,2 × 1015 M☉ деп бағаланады. ICM шоғырдың бариондарының көп бөлігін құраса да, ол тығыздығы төмен, оның типік мәні 10−3 бөлшекше текше сантиметрге. Бөлшектердің орташа еркін жүріс жолы шамамен 1016 метр, яғни бір жарық жылына тең. ICM тығыздығы шоғырдың орталығына қарай артады, салыстырмалы түрде жоғары нүктеге жетеді. Сонымен қатар, ICM температурасы орталық аймақтарда сыртқы мәннен 1/2 немесе 1/3 есеге төмендейді. Плазманың тығыздығы белгілі бір шекті мәнге жеткенде, иондар арасындағы өзара әрекеттесулер, X-сәулесі арқылы салқындатуға мүмкіндік береді.
Интракластерлік ортаны бақылау
ICM өте жоғары температурада болғандықтан, ол рентген сәулелерін шығарады, негізінен тежелу сәулелену процесі және ауыр элементтерден шығатын рентген сәулелерінің спектралдық сызықтары арқылы. ICM-дегі релятивистік электрондармен өзара әрекеттесу нәтижесінде төмен энергиялы фотондардың кері Комптон шашырауы, ғарыштық микротолқындық фондық сәулеленудің (CMB) спектрінде бұрмалануларға алып келеді, бұл Суняев-Зельдович эффектісі деп аталады. КМЖ-дағы осы температуралық бұрмаланулар Оңтүстік полюс телескопы сияқты телескоптармен галактикалардың тығыз шоғырларын жоғары қызыл жылжуда анықтауға мүмкіндік береді. 2022 жылдың желтоқсан айында Джеймс Уэбб ғарыш телескопы кластерішілік ортадағы әлсіз жарықты зерттеп жатыр, ал 2018 жылғы зерттеу оны "қара материяның дәл жарық шығаратын белгісі" деп көрсеткен.
Салқындату ағыны
Плазма, шоғыр жүйесінің жасынан қысқа салқындау уақыты бар аймақтарда, тығыздықтың квадратына пропорционал сәуле шығарумен күшті рентген сәулеленуіне байланысты салқындалуға тиіс. Галактикааралық ортаның (ICM) тығыздығы шоғырдың ортасына қарай ең жоғары болғандықтан, радиациялық салқындау уақыты айтарлықтай төмендейді. Орталықтан салқындатылған газ сыртқы ыстық газдың салмағын ұстай алмайды, ал қысым градиенті «салқындату ағыны» деп аталатын құбылысты тудырады, онда сыртқы аймақтардан ыстық газ шоғырдың ортасына қарай баяу ағылады. Бұл ағын салқын газ аймақтарын құрады, соның салдарынан жаңа жұлдыздар пайда болуы мүмкін. Алайда, соңғы кезде Чандра рентгендік обсерваториясы сияқты жаңа рентгендік телескоптардың іске қосылуымен галактикалар шоғырларының кеңістіктегі жоғары ажыратымдылықтағы суреттері алынды. Бұл жаңа суреттерде бұрын болжалғандай жаңа жұлдыздардың пайда болуына қатысты белгілер байқалмайды, бұл орталық ICM-нің салқындауына кедергі келтіретін механизмдерді зерттеуге түрткі болды, сондай-ақ кіші шоғырлармен бірігу кезінде ICM плазмасының қозғалысын зерттеуге де себеп болды. Активті галактикалық ядролардан шығатын релятивистік ағындар Чандра рентгендік обсерваториясы сияқты жоғары бұрыштық ажыратымдылыққа ие телескоптар түсірген суреттерде көрінеді.