Реліктове випромінювання та міжгалактичний газ

Група англійських радіоастрономів спостерігала реліктове радіовипромінювання у напрямі деяких багатих скупчень галактик. Радіоастрономи намагалися виявити зміни температури цього радіовипромінювання, викликані його взаємодією з міжгалактичним газом у скупченнях. Відомо, що температура реліктового випромінювання близька до 3 К, причому значення температури однаково для будь-якої точки небесної сфери.

Раніше було встановлено, що багато скупчень галактик заповнені гарячим міжгалактичним газом з температурою близько 108 К та повною масою, порівнянною із сумарною масою галактик у скупченні. Виявити цей газ вдалося з його рентгенівського випромінювання. Але одних рентгенівських даних недостатньо для точного визначення фізичних характеристик та просторового розподілу гарячого газу у скупченнях.

Астрофізики Я. Б. Зельдович та Р. А. Сюняєв показали, що спектр реліктового радіовипромінювання буде спотворюватися, якщо радіовипромінювання проходить крізь гарячий газ у скупченнях галактик. Цей ефект відомий у фізиці як зворотне розсіювання комптонів: фотони електромагнітного випромінювання, взаємодіючи зі швидкими електронами в гарячому газі, збільшують свою енергію і стають більш високочастотними. Наприклад, фотони з радіодіапазону можуть переміститися в субміліметровий діапазон. Отже, при спостереженні реліктового випромінювання, що пройшло крізь гарячий газ у скупченні галактик, радіотелескоп зареєструє менше радіофотонів, ніж у разі, якби гарячий газ у скупченні був би відсутній. Зменшення числа радіофотонів буде сприйнято як зменшення температури реліктового випромінювання у напрямку скупчення галактик.

Очікуване падіння температури становить лише тисячні частки градуса і тому його надзвичайно важко виявити. Природно, що у субміліметровому діапазоні збільшиться температура реліктового випромінювання у бік скупчення галактик.

Англійські радіоастрономи витратили на спостереження загалом 4500 годин, вимірюючи за допомогою 25-метрової параболічної антени температуру реліктового випромінювання у напрямку на 15 скупчень галактик. Лише для чотирьох скупчень було впевнено відзначено зниження температури випромінювання. Це скупчення з каталогу Ейблла під номером 576, 2218, 665 і 2319. Причому для перших двох скупчень точність вимірювань виявилася настільки високою, що в сукупності з оптичними і рентгенівськими даними вдалося обчислити температуру гарячого газу – 3*10⁸К, його щільність у центрі скупчень – близько 3-10^-27 г/см³ і повну масу газу в кожному із скупчень – приблизно 10⁴⁹ г.