Астрономы определили механизм формирования примечательной структуры в отдалённом скоплении галактик, визуально напоминающей гигантский скрипичный ключ. Этот объект расположен на расстоянии около 1,55 миллиарда световых лет от Земли и представляет собой облако высокоэнергетических частиц, испускающих радиоволны. Согласно результатам исследования, его возникновение, скорее всего, обусловлено двумя последовательными этапами: интенсивной активностью сверхмассивной чёрной дыры и последующим слиянием двух скоплений галактик.

Обнаружение было сделано сотрудниками Национального института астрофизики Италии (INAF) под руководством Андреа Боттеона, применивших данные рентгеновской обсерватории NASA «Чандра» и ряда других телескопов. Изучаемый объект, известный как VLSS J0318.9+5755, получил неофициальное наименование Treble Clef — «скрипичный ключ» — в связи с характерной формой радиоизлучающей структуры.

Ранее определение природы данного объекта представлялось затруднительным из-за его расположения близко к плоскости Млечного Пути. Звёздные скопления, межзвёздный газ и пыль нашей Галактики создавали помехи для наблюдений в видимом спектре. В связи с этим исследователи объединили данные рентгеновских телескопов «Чандра» и eROSITA, европейской сети радиотелескопов LOFAR и инфракрасного телескопа UKIRT.

Рентгеновские наблюдения выявили обширное облако газа, разогретое до миллионов градусов, что подтвердило наличие массивного скопления галактик. Более детальный анализ продемонстрировал, что система состоит из двух скоплений, находящихся в процессе столкновения. Именно это взаимодействие, по мнению учёных, стало ключевым фактором в формировании необычной радиоизлучающей структуры.

По мнению исследователей, на начальном этапе сверхмассивная чёрная дыра, расположенная в центре галактики одного из скоплений, стала причиной выброса интенсивных потоков плазмы. Облака, состоящие из заряженных частиц и магнитных полей, начали распространяться со скоростью, приближающейся к скорости света. Излучение синхротронного радиодиапазона, возникающее при движении этих частиц в магнитном поле, постепенно затухало вследствие потери энергии.

Позднее столкновение двух скоплений привело к изменению условий окружающей среды. Движение значительных объёмов горячего газа вызвало сжатие ранее существовавшего облака плазмы и, скорее всего, повторное ускорение содержащихся в нём частиц. Ударные волны, возникающие во время взаимодействия скоплений, также могли оказать существенное влияние. В итоге ослабевший источник вновь стал демонстрировать интенсивное излучение в радиодиапазоне.

Объекты подобного рода получили название «радиофениксы» из-за характерного возобновления радиоизлучения после периода ослабления. Уникальность Treble Clef определяется сложной структурой, состоящей из вытянутых нитевидных элементов, форма которых отражает динамику движения газа и магнитных полей в момент столкновения.

Для определения направления взаимодействия скоплений астрономы провели дополнительную обработку рентгеновских данных, полученных с помощью телескопа «Чандра». Был создан образец модели симметричного распределения горячего газа, который вычели из исходного изображения. Оставшиеся неоднородности указали на наличие двух областей повышенной яркости, расположенных по разные стороны от центра системы.

Анализ расположения этих структур позволил ученым сделать вывод о том, что столкновение происходило преимущественно вдоль оси, ориентированной горизонтально на изображении. Предполагается, что наиболее близкое сближение скоплений галактик произошло несколько сотен миллионов лет назад, после чего началось взаимное удаление их центральных областей.

NASA опубликовало новую комбинированную визуализацию объекта, объединяющую данные, полученные с различных телескопов. Рентгеновское излучение горячего газа отображено синими и фиолетовыми тонами, радиоизлучение LOFAR – красным цветом, а инфракрасные наблюдения позволили выделить отдельные галактики и фоновые источники света. Общая протяжённость области изображения составляет приблизительно шесть миллионов световых лет.

Полученные данные способствуют лучшему пониманию того, как взаимодействия скоплений галактик воздействуют на старую плазму, выброшенную сверхмассивными чёрными дырами. Данные процессы могут приводить к повторному ускорению частиц и усилению магнитных полей на значительных расстояниях, формируя радиоисточники, которые сохраняются в течение сотен миллионов лет после первоначальной активности чёрной дыры.

Исследование опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.