Астрономы обнаружили огромное скопление галактик, одну из крупнейших структур во Вселенной, которая претендует сразу на несколько космических рекордов. Наблюдения скопления Феникс, проведенные при помощи орбитальной обсерватории NASA Чандра, Телескопа южного полюса и еще восьми крупных машин, могут заставить специалистов пересмотреть текущие взгляды на эволюцию этих колоссальных структур и населяющих их галактик. Изначально скопление Феникс было обнаружено Телескопом южного полюса, после чего было проведено его исследование в оптическом диапазоне при помощи телескопов обсерватории Жемини и Магеллановыми телескопами в Чили. Затем был использован телескоп Чандра, позволивший оценить количество горячего газа и скорость его охлаждения. Для получения данных о звездообразовании в скоплении использовалось несколько наземных телескопов, Galaxy Evolution Explorer и Гершель.

Звезды рождаются в середине скопления Феникс чаще, чем в любом другом когда-либо наблюдавшемся. Этот объект также является самым мощных источником рентгеновских лучей (область чувствительности телескопа Чандра) среди скоплений и, возможно, самым массивным. Наконец, последний побитый скоплением рекорд – скорость остывания горячего газа в центре скопления (этот факт связан с самым активным известным звездообразованием).

Скопление Феникс расположено на расстоянии около 5.7 миллиарда световых лет от нас. Имя свое оно получило во многом благодаря самой важной характеристике – активному рождению звезд. «Если галактики в центрах большинства скоплений находятся в спячке в течение миллиардов лет, центральная галактика этого скопления, похоже, возродилась к жизни с новыми силами, со взрывным звездообразованием, – говорит Майкл МакДональд, первый автор публикации исследования в журнале Nature, сотрудник Массачусетского технологического института. – Мифология Феникса, птицы, восстающей из мертвых, это отличный способ описать этот возродившийся объект».

Как и все другие скопления галактик, Феникс богат запасами горячего газа. На самом деле на него приходится заметно больше обычной материи, чем содержится во всех звездах, планетах и малых телах множества галактик скопления. Такой горячий газ, активно излучающий в рентгеновском диапазоне, может наблюдаться только соответствующими обсерваториями, такими, как Чандра. Уже давно астрономы поняли, что этот газ со временем становится источником новых звезд. Со временем он остывает, его кинетическая энергия падает и он поддается гравитации, понемногу стягиваясь к центральной галактике скопления. Здесь уже холодный газ все увеличивает свою плотность и начинает образовывать звезды. Однако большая часть известных нам скоплений образовала очень мало новых звезд за последние несколько миллиардов лет. Скорее всего это вызвано действием сверхмассивной черной дыры, находящейся в центральной галактике. Поглощая материю, дыра выделяет огромную энергию, которая нагревает остывший было газ, предотвращая его скопление в концентрации, достаточной для начала звездообразования. Известным примером такого скопления является Персей. Мощные выбросы энергии и потоков заряженных частиц черной дырой в центре его препятствуют охлаждению газа и образованию звезд. Создаваемые при этом полости и звуковые волны очень сильно нагревают газ всего скопления. «Мы считали, что эти звуковые волны могут быть найдены в любом скоплении галактик, – говорит соавтор исследования, сотрудник Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики Райан Фоли. – Скопление Феникс показывает нам, что это не так. Бывают случаи и моменты, когда музыка внезапно останавливается. Струй частиц, испускаемые черной дырой в центре скопления, очевидно, недостаточно мощны, чтобы предотвратить охлаждение газа».

Имея такую слабую черную дыру, центр скопления Феникс заполнен толкающимися молодыми звездами, скорость образования которых в двадцать раз выше, чем в скоплении Персея. Это самая высокая активность звездообразования, наблюдаемая человеком в центре скопления галактик, но отнюдь не самая высокая для всей известной Вселенной. Тем не менее, даже самые активные области звездообразования, находящиеся вне скоплений, могут похвастаться лишь двукратным увеличением прироста звезд по сравнению с Фениксом.

Высокая скорость звездообразования и охлаждения газа приводит к очень быстрому набору массы центральной галактикой скопления и ее черной дырой. Эта важная фаза в жизни звездного скопления, по мнению астрономов, должна быть очень короткой. «Галактика и ее черная дыра подвержены ненормальному росту, – говорит соавтор Бредфорд Бенсон, сотрудник Чикагского университета. – Этот рывок роста не может продолжаться дольше, чем около сотни миллионов лет. В противном случае галактика и ее черная дыра станут монстрами по сравнению с их соседями по скоплению». Вообще, как само скопление Феникс, так и его центральная галактика и ее черная дыра находятся среди наиболее массивных объектов своего типа.

Скопления галактик всегда отличаются огромными массой и размерами. Это делает их важными факторами эволюции Вселенной, а как и в любом другом исследовании, образец с выдающимися свойствами представляет особый интерес. «Это удивительное звездообразование – очень важное открытие, ведь оно заставляет нас пересмотреть наше понимание процессов роста галактик в центрах скоплений, – говорит Мартин Реес, сотрудник Кембриджа, признанный специалист в области космологии. – Охлаждение газа может оказаться намного более важным источником звезд, чем мы думали».