«Чеширский кот» улыбается Эйнштейну

Сто лет назад, в ноябре 1915 г., Альберт Эйнштейн (Albert Einstein) опубликовал свою Общую теорию относительности — одно из важнейших научных достижений прошлого века. В числе главных выводов этой теории — тот факт, что материя своей гравитацией искривляет пространство. Это проявляется, в частности, в том, что массивное тело может вызывать наблюдаемое изменение направления распространения лучей света от далекого объекта.

Первым впечатляющим подтверждением теории стали фотографии полного солнечного затмения 29 мая 1919 г., во время которого из-за отклонения лучей света от прямой вследствие гравитационного воздействия Солнца изображения далеких звезд фона сместились точно на рассчитанный угол. С тех пор обнаружено много других проявлений данного эффекта, известного как «гравитационная линза». Являясь более чем просто космической иллюзией, он предоставляет астрономам уникальный способ изучать чрезвычайно далекие галактики и их скопления с помощью доступных на данный момент наблюдательных технологий. Если бы эффект гравилинзирования отсутствовал, изучение весьма удаленных слабых объектов было бы невозможным — они оставались бы недоступными даже для самых мощных телескопов.

Последние результаты наблюдений группы галактик «Чеширский кот», видимой в созвездии Большой Медведицы и удаленной от нас почти на 4 млрд световых лет, демонстрируют, как столетие спустя после появления теории Эйнштейна предсказанные ею эффекты позволяют делать новые открытия. Скопление, в каталогах имеющее обозначение J1038+4849, получило такое неофициальное название из-за внешнего сходства с улыбающейся кошачьей мордочкой. Детали снимка в форме вытянутых дуг представляют собой изображения далеких галактик. Приходящий от них свет испытал воздействие силы тяготения и направление его распространения было искривлено очень большой массой, основная часть которой приходится на темную материю, детектируемую только благодаря ее гравитационному влиянию на излучение и движение видимых объектов.

В исследованной системе масса, отвечающая за эффект гравилинзирования, сосредоточена вокруг двух гигантских галактик — «глаза кота» — и одной звездной системы поменьше, видимой как его «нос». Несколько дуг почти круглого «лица» возникли в результате гравитационного линзирования четырьмя другими фоновыми галактиками, находящимися от нас еще дальше.

Каждый из «глаз кота» представляет собственную локальную группу галактик. Благодаря спектральным данным, полученным в ходе наблюдений на 8-метровом телескопе Gemini North (обсерватория Мауна Кеа, Гавайские острова), удалось узнать, что эти две группы несутся навстречу друг другу со скоростью более 130 км/с. Снимки космической рентгеновской обсерватории Chandra демонстрируют распределение в их окрестностях горячего газа с температурой около миллиона градусов. Наличие такого «газового кокона» свидетельствует о том, что оба галактических кластера уже находятся в стадии столкновения между собой. Этот же инструмент предоставил доказательства того, что левый «глаз» содержит в ядре сверхмассивную черную дыру, активно поглощающую материю из своих окрестностей.

Астрономы полагают, что в течение примерно миллиарда лет оба «глаза» полностью сольются, сформировав при этом один гигантский «звездный остров». После этого «Чеширский кот» превратится в так называемую «ископаемую группу» (fossil group) — скопление, содержащее одну гигантскую эллиптическую галактику, а также несколько намного более мелких и слабых ее спутников. Изучение подобных групп дает возможность лучше понять свойства и поведение галактических кластеров, поскольку, как сейчас считается, они могут представлять собой важную промежуточную стадию эволюции, через которую проходят почти все скопления галактик.

Изображение кластера «Чеширский Кот» с дугами гравитационного линзирования получено Планетной камерой широкого поля WFPC2 космического телескопа Hubble с использованием трех светофильтров видимого диапазона. Суммарная экспозиция составила 19 часов 30 минут.