Galaxy cluster

Composite image of BoRG-58, a group of 5 galaxies clustered together just 600 million years after the Universe's birth^[1]

A galaxy cluster, or a cluster of galaxies, is a structure that consists of anywhere from hundreds to thousands of galaxies that are bound together by gravity,^[1] with typical masses ranging from 10¹⁴ to 10¹⁵solar masses (M_☉). Clusters consist of galaxies, heated gas, and dark matter.^[2] They are the biggest known gravitationally bound structures in the universe.^[3] They were believed to be the largest known structures in the universe until the 1980s, when superclusters were discovered.^[4] Small aggregates of galaxies are referred to as galaxy groups rather than clusters of galaxies. Together, galaxy groups and clusters form superclusters.

Basic properties

Galaxy clusters typically have the following properties:

They contain 100 to 1,000 galaxies, hot X-ray emitting gas and large amounts of dark matter.^[2] Details are described in the "Composition" section.
They have total masses of 10¹⁴ to 10¹⁵solar masses.
They typically have diameters from 1 to 5 Mpc (see 10²³ m for distance comparisons).
The spread of velocities for the individual galaxies is about 800–1000 km/s.

Composition

Galaxy clusters have three main components. Galaxies themselves only make up a small fraction of clusters, although they are the only component we can detect in the visible spectrum. The heated gas of the intracluster medium (ICM) has a peak temperature between 30 and 100 million degrees Celsius.^[2] Dark matter makes up the majority of the mass of galaxy clusters, but cannot be detected optically.^[4]

Component	Mass fraction	Description
Galaxies	1%	In optical observations, only galaxies are visible
الغاز بين المجرات في الوسط بين العناقيد	9%	البلازما الموجودة بين المجرات ذات درجة حرارة عالية وتُصدر إشعاعًا بالأشعة السينية عن طريق الكبح الحراري
المادة المظلمة	90%	المكون الأكثر ضخامة، لكن لا يمكن رصده بصريًا، ويتم استنتاجه من خلال التفاعلات الجاذبية.

تكوين وتطور التجمعات

مع تشكّل تجمعات المجرات، تنطلق كميات هائلة من الطاقة نتيجةً للموجات الصدمية، وتسخين الغاز، وتفاعلات المجرات. ^{[ 4 ]} يصطدم الغاز بالمواد الموجودة، مما يُولّد موجات صدمية تُسخّنها إلى عشرات الملايين من الدرجات وتُنتج انبعاثات أشعة سينية. ^{[ 6 ]} يخضع تطور المجرات داخل التجمع لتفاعلات بينها، مثل اندماج المجرات ، وتجريد الغاز.

تصنيف

توجد العديد من أنظمة تصنيف تجمعات المجرات، والتي تعتمد على خصائص مثل تناظر الشكل، ولمعان الأشعة السينية ، ونوع المجرة السائد. ^{[ 7 ]} يصنف تصنيف باوتز -مورغان التجمعات إلى ثلاثة أنواع: الأول والثاني والثالث، بناءً على السطوع النسبي لمجراتها - النوع الأول ذو التباين الأكبر، والنوع الثالث ذو التباين الأقل. ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]}

كأدوات قياس

الانزياح الأحمر الجاذبي

استخدم راديك فويتاك، من معهد نيلز بور بجامعة كوبنهاغن، تجمعات المجرات لاختبار تنبؤات النسبية العامة ، وتحديدًا فقدان الطاقة الناتج عن الضوء المنفلت من مجال الجاذبية. من المفترض أن تفقد الفوتونات المنبعثة من مركز تجمع المجرات طاقةً أكبر من تلك القادمة من حافته، نظرًا لقوة الجاذبية في المركز. يتميز الضوء المنبعث من مركز التجمع بطول موجي أطول من الضوء القادم من حافته، ويُعرف هذا التأثير بالانزياح الأحمر التثاقلي . وباستخدام البيانات التي جُمعت من 8000 تجمع مجري، تمكن فويتاك من دراسة خصائص الانزياح الأحمر التثاقلي لتوزيع المجرات في التجمعات. ووجد أن الضوء المنبعث من التجمعات ينزاح نحو الأحمر بما يتناسب مع المسافة من مركز التجمع، كما تنبأت به النسبية العامة. تدعم هذه النتيجة بقوة نموذج لامدا للمادة المظلمة الباردة للكون، والذي ينص على أن معظم الكون يتكون من مادة مظلمة لا تتفاعل مع المادة. ^{[ 10 ]}

عدسة الجاذبية

تُستخدم تجمعات المجرات أيضًا نظرًا لجاذبيتها الهائلة كعدسات جاذبية لتعزيز مدى التلسكوبات. ^{[ 11 ]} تسمح عدسة الجاذبية التي توفرها هذه التجمعات برصد المجرات البعيدة في مراحلها المبكرة التي يتعذر رصدها لولاها. ^{[ 12 ]} يحدث تشوه جاذبي في نسيج الزمكان بالقرب من تجمعات المجرات الضخمة، مما يؤدي إلى انحناء مسار الفوتونات وتكوين عدسة مكبرة كونية. يمكن تحقيق ذلك باستخدام فوتونات ذات أطوال موجية مختلفة، من الطيف المرئي إلى نطاق الأشعة السينية. يُعدّ الأخير أكثر صعوبة، لأن تجمعات المجرات تُصدر كميات كبيرة من الأشعة السينية. ^{[ 13 ]} مع ذلك، يمكن رصد انبعاثات الأشعة السينية عند دمج بيانات الأشعة السينية مع البيانات المرئية. ومن الأمثلة على ذلك استخدام تجمع مجرات فينيكس لرصد مجرة قزمة في مراحلها المبكرة عالية الطاقة من تكوين النجوم. ^{[ 14 ]}

تجمعات مجرية بارزة

تشمل التجمعات المجرية البارزة في الكون القريب نسبيًا عنقود العذراء ، وعنقود فورناكس ، وعنقود هرقل ، وعنقود كوما . ويُعدّ تجمعٌ ضخمٌ جدًا من المجرات يُعرف باسم الجاذب العظيم ، والذي يهيمن عليه عنقود نورما ، ضخمًا بما يكفي للتأثير على التوسع المحلي للكون . أما في الكون البعيد ذي الانزياح الأحمر العالي، فتشمل التجمعات المجرية البارزة SPT-CL J0546-5345 و SPT-CL J2106-5844 ، وهما أضخم التجمعات المجرية التي عُثر عليها في الكون المبكر. وفي العقود القليلة الماضية، تبيّن أيضًا أنهما موقعان مهمان لتسارع الجسيمات، وهي سمة اكتُشفت من خلال رصد الانبعاثات الراديوية المنتشرة غير الحرارية، مثل الهالات الراديوية والبقايا الراديوية . وباستخدام مرصد تشاندرا للأشعة السينية ، رُصدت أيضًا هياكل مثل الجبهات الباردة والموجات الصدمية في العديد من التجمعات المجرية.


تَجَمَّع	ملحوظات
مجموعة برج العذراء	أقرب عنقود مجري ضخم
مجموعة نورما	المجموعة في قلب الجاذب العظيم
مجموعة رصاصات	اندماج عنقودي مع أول فصل مُلاحَظ بين المادة المظلمة والمادة العادية
هذه قائمة ببعض أبرز المجموعات؛ لمزيد من المجموعات، راجع مقالة القائمة.

في الكون المبكر

تشير البيانات الرصدية المجمعة من تلسكوب جيمس ويب الفضائي ومرصد تشاندرا للأشعة السينية لتجمع مجري أولي أو ما يُعرف باسم JADES-ID1 ، إلى أن الكون قد توسع وبدأ بتشكيل تجمعات مجرية في وقت مبكر جدًا من تطوره. ^{[ 15 ]}^{[ 16 ]}^{[ 17 ]}

معرض

اليسار: صورة التقطها تلسكوب هابل الفضائي (2017) اليمين: صورة التقطها تلسكوب جيمس ويب الفضائي (2022) ^{[ 18 ]}

الحقل العميق – عنقود المجرات SMACS J0723.3-7327 . ^{[ 19 ]}^{[ 20 ]}^{[ 21 ]}^{[ 22 ]}^{[ 23 ]}^{[ 24 ]}

عنقود مجرات أبيل 2744 – مجرات بعيدة للغاية تم الكشف عنها بواسطة عدسة الجاذبية (16 أكتوبر 2014). ^{[ 25 ]}^{[ 26 ]}

صور

مجموعة المجرات SPT-CL J0615-5746 . ^{[ 27 ]}
مجموعة المجرات RXC J0232.2-4420 . ^{[ 28 ]}
مجموعة المجرات RXC J0032.1+1808 كجزء من برنامج RELICS . ^{[ 29 ]}
تقع مجموعة المجرات الضخمة PSZ2 G138.61-10.84 على بعد حوالي ستة مليارات سنة ضوئية. ^{[ 30 ]}
يستكشف كل من HAWK-I و Hubble عنقود RCS2 J2327 الذي تبلغ كتلته 2 كوادريليون شمس. ^{[ 31 ]}
يُعدّ Abell 2537 مفيدًا في استكشاف الظواهر الكونية مثل المادة المظلمة والطاقة المظلمة. ^{[ 32 ]}
يعمل جهاز Abell 1300 كعدسة، حيث يقوم بثني نسيج الفضاء المحيط به. ^{[ 33 ]}
مجموعة المجرات WHL J24.3324-8.477. ^{[ 34 ]}
لقد تعرضت المجرة الخلفية لعدسة جاذبية من قبل مجموعة المجرات المتداخلة. ^{[ 35 ]}
صورة " الوجه المبتسم " – عنقود مجري (SDSS J1038+4849) وعدسة جاذبية ( حلقة أينشتاين ) ( تلسكوب هابل الفضائي ). ^{[ 36 ]}
صورة لمجموعة المجرات SpARCS1049 التقطها تلسكوب سبيتزر وتلسكوب هابل الفضائي. ^{[ 37 ]}
تم اكتشاف عنقود المجرات MOO J1142+1527 بواسطة مسح MaDCoWS
عنقود المجرات أبيل 2744 (تلسكوب هابل الفضائي ). ^{[ 25 ]}
تكبير الكون البعيد من خلال MACS J0454.1-0300 . ^{[ 38 ]}
قد تمنع الاضطرابات تجمعات المجرات من التبريد؛ موضح: تجمع برساوس وتجمع العذراء ( أشعة تشاندرا السينية ).
صورة MACS0416.1-2403 بواسطة تلسكوب هابل الفضائي
صورة عنقود المجرات أبيل 2813 (المعروف أيضًا باسم ACO 2813) من تلسكوب هابل الفضائي التابع لوكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية
مجموعة متنوعة من المجرات - عنقود المجرات ACO S 295
توهج عدسة كونية
رصد تلسكوب هابل ثلاث صور لمستعر أعظم بعيد
مجموعة مجرية ضخمة تسمى WHL0137-08
مجموعة مجرات تُعرف باسم "إل غوردو"
رصد من تلسكوب جيمس ويب الفضائي لمجموعة المجرات الضخمة RX J2129. ^{[ 39 ]}