Реликтовое излучение и межгалактический газ

Группа английских радиоастрономов наблюдала реликтовое радиоизлучение в направлении некоторых богатых скоплений галактик. Радиоастрономы пытались обнаружить изменения температуры этого радиоизлучения, вызванные его взаимодействием с межгалактическим газом в скоплениях. Известно, что температура реликтового излучения близка к 3 К, причем это значение температуры одинаково для любой точки небесной сферы.

Прежде было установлено, что многие скопления галактик заполнены горячим межгалактическим газом с температурой около 108 К и полной массой, сравнимой с суммарной массой галактик в скоплении. Обнаружить этот газ удалось по его рентгеновскому излучению. Но одних рентгеновских данных недостаточно для точного определения физических характеристик и пространственного распределения горячего газа в скоплениях.

Астрофизики Я. Б. Зельдович и Р. А. Сюняев показали, что спектр реликтового радиоизлучения будет искажаться, если радиоизлучение проходит сквозь горячий газ в скоплениях галактик. Этот эффект известен в физике как обратное комптоновское рассеяние: фотоны электромагнитного излучения, взаимодействуя с быстрыми электронами в горячем газе, увеличивают свою энергию и становятся более высокочастотными. Например, фотоны из радиодиапазона могут «переместиться» в субмиллиметровый диапазон. Значит, при наблюдении реликтового излучения, прошедшего сквозь горячий газ в скоплении галактик, радиотелескоп зарегистрирует меньше радиофотонов, чем в случае, если бы горячий газ в скоплении отсутствовал. Уменьшение числа радиофотонов будет воспринято как уменьшение температуры реликтового излучения в направлении на скопление галактик.

Ожидаемое падение температуры составляет всего лишь тысячные доли градуса и поэтому его чрезвычайно трудно обнаружить. Естественно, что в субмиллиметровом диапазоне увеличится температура реликтового излучения в направлении на скопление галактик.

Английские радиоастрономы затратили на наблюдения в общей сложности 4500 часов, измеряя с помощью 25-метровой параболической антенны температуру реликтового излучения в направлении на 15 скоплений галактик. Лишь для четырех скоплений было уверенно отмечено понижение температуры излучения. Это — скопления из каталога Эйблла под номером 576, 2218, 665 и 2319. Причем для первых двух скоплений точность измерений оказалась столь высокой, что в совокупности с оптическими и рентгеновскими данными удалось вычислить температуру горячего газа — 3*10⁸К, его плотность в центре скоплений — около 3-10^-27 г/см³ и полную массу газа в каждом из скоплений — примерно 10⁴⁹ г.