Астрономы выяснили, как в далёком скоплении галактик образовалась необычная структура, напоминающая гигантский скрипичный ключ. Объект находится примерно в 1,55 миллиарда световых лет от Земли и представляет собой облако энергичных частиц, излучающих радиоволны. Исследование показало, что его появление, вероятно, связано с двумя последовательными событиями — мощной активностью сверхмассивной чёрной дыры и последующим столкновением двух скоплений галактик.

Открытие сделали специалисты Национального института астрофизики Италии (INAF) под руководством Андреа Боттеона с использованием рентгеновской обсерватории NASA «Чандра» и нескольких других телескопов. Изученный объект известен под обозначением VLSS J0318.9+5755 и получил неофициальное название Treble Clef — «скрипичный ключ» — благодаря характерной форме радиоизлучающей структуры.

Ранее установить природу этого объекта было сложно из-за его расположения практически за плоскостью Млечного Пути. Звёзды, межзвёздный газ и пыль нашей Галактики мешают наблюдениям в видимом диапазоне. Поэтому исследователи объединили данные рентгеновских телескопов «Чандра» и eROSITA, европейской сети радиотелескопов LOFAR и инфракрасного телескопа UKIRT.

Рентгеновские наблюдения выявили огромное облако газа, нагретого до миллионов градусов, что подтвердило присутствие массивного скопления галактик. Дальнейший анализ показал, что система состоит из двух скоплений, переживающих столкновение. Именно это взаимодействие, по мнению исследователей, сыграло решающую роль в формировании необычной радиоизлучающей структуры.

Учёные предполагают, что сначала сверхмассивная чёрная дыра в центральной галактике одного из скоплений выбросила мощные потоки плазмы. Облака заряженных частиц и магнитных полей распространялись со скоростями, близкими к скорости света. Движение частиц в магнитном поле сопровождалось синхротронным радиоизлучением, которое постепенно ослабевало по мере потери энергии.

Спустя некоторое время столкновение двух скоплений изменило условия в окружающем пространстве. Движение огромных масс горячего газа сжало старое облако плазмы и, вероятно, повторно ускорило находящиеся в нём частицы. Дополнительную роль могли сыграть ударные волны, возникающие при взаимодействии скоплений. В результате ранее ослабевший источник снова стал ярко излучать в радиодиапазоне.

Подобные объекты называют «радиофениксами», поскольку их радиоизлучение словно возрождается после длительного ослабления. Особенность Treble Clef заключается в сложной системе вытянутых нитевидных структур, форма которых отражает движение газа и магнитных полей во время столкновения.

Чтобы восстановить направление взаимодействия скоплений, астрономы дополнительно обработали рентгеновские данные «Чандры». Они построили модель относительно симметричного распределения горячего газа и вычли её из исходного изображения. Оставшиеся неоднородности показали две области повышенной яркости по противоположным сторонам центра системы.

По их расположению исследователи предположили, что столкновение происходило преимущественно вдоль направления, соответствующего горизонтальной оси изображения. Вероятно, наиболее тесное сближение скоплений произошло несколько сотен миллионов лет назад, после чего их центральные области начали удаляться друг от друга.

NASA представило новое составное изображение объекта, объединяющее данные разных телескопов. Рентгеновское излучение горячего газа показано синими и фиолетовыми оттенками, радиоизлучение LOFAR — красным, а инфракрасные наблюдения позволяют различить галактики и фоновые источники. Полная область изображения охватывает примерно шесть миллионов световых лет.

Результаты помогают понять, как столкновения скоплений галактик влияют на старую плазму, выброшенную сверхмассивными чёрными дырами. Такие процессы способны повторно ускорять частицы и усиливать магнитные поля на огромных расстояниях, создавая радиоисточники, которые продолжают существовать спустя сотни миллионов лет после первоначальной активности чёрной дыры.

Исследование опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.