33. Скопления галактик

Определения и обозначения

Группа галактик — небольшая гравитационно связанная система из нескольких галактик. В отличие от отдельной галактики, которая состоит из звёзд, газа и других объектов, группа объединяет целые галактики. Это понятие помогает описывать их соседство и совместное движение.

Скопление галактик — крупная гравитационно связанная система, в которой могут находиться сотни и даже тысячи галактик. Её размеры достигают миллионов световых лет, а состав не ограничивается видимыми галактиками. Термин нужен, чтобы говорить о системе целиком, включая вещество между галактиками.

Местная группа галактик — группа, в которую входят Млечный Путь, галактика Андромеды и другие галактики. Это один из примеров группы, а не скопления. По нему можно определить место нашей Галактики среди более крупных космических структур.

Сверхскопление галактик — обширная структура, объединяющая группы и скопления. Она может быть частью крупномасштабного распределения галактик, но не обязательно связана гравитацией как единое целое. Это понятие описывает следующий уровень космической иерархии.

Как это устроено

Галактики во Вселенной часто оказываются рядом и образуют группы или скопления. Причина в гравитации: она притягивает объекты с массой, поэтому галактики могут удерживаться в общей системе и двигаться относительно её центра. Если бы гравитация не связывала их, галактики постепенно удалялись бы друг от друга и система не сохраняла бы общего устройства.

Скопление нельзя представить как пустое пространство с галактиками. Между ними находится разреженный газ, нагретый до очень высокой температуры при движении и взаимодействии вещества. Кроме того, в скоплении есть тёмная материя — невидимое вещество, наличие которого обнаруживают по его гравитации. Поэтому масса галактик составляет лишь часть общей массы системы, а газ и тёмная материя существенно влияют на её свойства.

Группы и скопления различаются прежде всего числом галактик, размерами и массой. В группе обычно находятся несколько или несколько десятков галактик, а скопление охватывает гораздо больше галактик и занимает больший объём. Однако природа не проводит между ними строгую границу: некоторые системы занимают промежуточное положение. Поэтому при классификации учитывают несколько признаков, а не только подсчёт галактик.

Млечный Путь находится внутри Местной группы, а не сам по себе и не внутри скопления галактик. Местная группа — одна из групп, которые вместе с другими группами и скоплениями образуют более крупные структуры. Такие объединения называют сверхскоплениями. Эта последовательность показывает, как устроена Вселенная на всё больших масштабах.

Скопления изучают по свету галактик и излучению горячего межгалактического газа. По наблюдениям астрономы определяют, где находятся галактики и газ и как они движутся. Невидимую массу можно выявить по её гравитационному воздействию: например, она влияет на движение видимых объектов и искривляет путь света далёких галактик. Так наблюдения позволяют оценить состав системы, хотя часть её вещества непосредственно не видна.

Сравнение групп, скоплений и сверхскоплений галактик

Сравнивайте структуры по масштабу и тому, какие объекты в них входят. Строка о гравитационной связанности особенно важна: сверхскопление не обязательно удерживается как единое целое. Число галактик дано ориентировочно, поскольку граница между группой и скоплением условна.

Разбор задач

Задача 1. Млечный Путь, галактика Андромеды и несколько галактик-спутников рассматриваются как одна система. Определите её тип. Здесь важно распознать не просто набор галактик, а знакомую связанную систему и не перепутать её с более крупным скоплением.

1. Сначала проверяем, какие объекты названы: это отдельные галактики, а не группы или скопления.
2. Затем сопоставляем состав системы с определением Местной группы, в которую входят Млечный Путь и Андромеда.
3. Учитываем, что система такого масштаба является группой, а не крупным скоплением.

Ответ: это Местная группа галактик.

Задача 2. В первой системе находятся несколько десятков галактик. Во второй есть множество галактик, горячий газ и значительная невидимая масса. Какая система является скоплением? Признаки нужно оценить вместе: количество галактик важно, но состав системы помогает не принять видимую часть за всю её массу.

1. Первая система по числу галактик похожа на группу, хотя точная граница между группой и скоплением не задана.
2. Во второй системе собрано множество галактик, а горячий газ и невидимая масса указывают на сложный состав крупной системы.
3. Сопоставляем размер и состав: второй набор признаков соответствует скоплению галактик.

Ответ: скоплением является вторая система; её масса включает не только галактики, но и газ с тёмной материей.

Задача 3. На схеме показаны Млечный Путь, Местная группа, соседние группы и крупное объединение групп и скоплений. Опишите иерархию и место Млечного Пути. Чтобы не перепутать уровни, нужно идти от меньшей структуры к большей, проверяя, что именно входит в каждую.

1. Млечный Путь — отдельная галактика, входящая в Местную группу.
2. Местная и соседние группы, а также скопления могут входить в более крупное объединение — сверхскопление.
3. Следовательно, Млечный Путь расположен внутри группы, а через неё — в более крупной структуре; сама эта структура не обязательно связана гравитацией целиком.

Ответ: Млечный Путь входит в Местную группу, а та может быть частью сверхскопления.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что скопление состоит только из галактик. Так думают, потому что галактики хорошо видны и легко узнаваемы на изображениях. Но между ними есть горячий газ, а существенная часть массы связана с тёмной материей. Проверь себя: можешь ли ты назвать составляющие системы, помимо галактик?

Ошибка: путать группу со скоплением. Оба термина описывают объединения галактик, поэтому их легко принять за синонимы. Однако скопление обычно включает больше галактик и имеет больший масштаб, хотя строгой границы между понятиями нет. Проверь себя: сравни не только число галактик, но и размер системы.

Ошибка: считать сверхскопление единой гравитационно связанной системой. Такое представление возникает из-за слова «скопление» и того, что объекты объединены на карте неба. Но сверхскопление может обозначать крупномасштабное распределение групп и скоплений без общей гравитационной связи. Проверь себя: различай близость структур и их способность удерживаться вместе.

Ошибка: относить Млечный Путь к скоплению вместо Местной группы. Причина — смешение уровней иерархии: и группа, и скопление содержат галактики. Млечный Путь входит в Местную группу, а не непосредственно в скопление. Проверь себя: проследи путь от отдельной галактики к структурам большего масштаба.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать, что такое галактика и как гравитация влияет на движение небесных тел. Местная группа связывает представления о Млечном Пути с крупномасштабным строением Вселенной: она показывает, что наша Галактика входит в более обширную систему. Состав и масса скоплений подготавливают к изучению тёмной материи и эволюции Вселенной, поскольку их нельзя объяснить только видимыми галактиками.

Что запомнить

• Галактики объединяются в группы и скопления под действием гравитации.
• Млечный Путь входит в Местную группу галактик.
• Скопления содержат галактики, горячий межгалактический газ и тёмную материю.
• Масса скопления не сводится к массе его видимых галактик.
• Группы и скопления могут входить в более крупные структуры — сверхскопления.
• Сверхскопление не обязательно представляет собой единую гравитационно связанную систему.