متوسط ​​داخل المجموعة

في علم الفلك ، يُعرف الوسط بين المجرات ( ICM ) بأنه البلازما فائقة التسخين التي تخترق عنقود المجرات . يتكون هذا الغاز بشكل رئيسي من الهيدروجين والهيليوم المتأينين ، ويشكل معظم المادة الباريونية في عناقيد المجرات. يُسخن الوسط بين المجرات إلى درجات حرارة تتراوح بين 10 و100 ميغا كلفن ، مما يؤدي إلى انبعاث إشعاع قوي من الأشعة السينية .

يتكون الوسط بين المجرات (ICM) بشكل أساسي من الباريونات العادية، وخاصة الهيدروجين والهيليوم المتأينين. ^{[ 1 ]} هذه البلازما غنية بالعناصر الأثقل، بما في ذلك الحديد . يتراوح متوسط ​​كمية العناصر الأثقل بالنسبة للهيدروجين، والمعروفة باسم المعدنية في علم الفلك، من ثلث إلى نصف قيمتها في الشمس . ^{[ 1 ] [ 2 ]} أظهرت دراسة التركيب الكيميائي للوسط بين المجرات كدالة لنصف القطر أن نوى عناقيد المجرات أغنى بالمعادن منها في أنصاف الأقطار الأكبر. ^{[ 2 ]} في بعض العناقيد (مثل عنقود قنطورس )، قد ترتفع معدنية الغاز إلى ما فوق معدنية الشمس. ^{[ 3 ]} وبسبب مجال جاذبية العنقود، يبقى الغاز الغني بالمعادن المنبعث من المستعرات العظمى مرتبطًا بالعنقود بفعل الجاذبية كجزء من الوسط بين المجرات. ^{[ 2 ]} من خلال النظر إلى الانزياحات الحمراء المتغيرة ، والتي تتوافق مع النظر إلى حقب مختلفة من تطور الكون ، يمكن للوسط بين المجرات أن يوفر سجلاً تاريخياً لإنتاج العناصر في المجرة. ^{[ 4 ]}

تتركز حوالي 15% من كتلة عنقود المجرات في الوسط بين المجرات (ICM). أما النجوم والمجرات فلا تُساهم إلا بنحو 5% من الكتلة الإجمالية. ويُفترض أن معظم كتلة عنقود المجرات تتكون من المادة المظلمة وليس المادة الباريونية. بالنسبة لعنقود العذراء ، يحتوي الوسط بين المجرات على ما يُقارب 3 × ^10¹⁴ كتلة شمسية (M☉ ₎ ، بينما تُقدّر الكتلة الإجمالية للعنقود بـ 1.2 × ^{10¹⁵ كتلة} _{شمسية (} M☉ ) . ^{[ 1 ] [ 5 ]}

على الرغم من أن الوسط بين المجرات (ICM) يحتوي في مجمله على غالبية الباريونات في العنقود، إلا أنه ليس كثيفًا جدًا، حيث تبلغ قيمته النموذجية 10⁻³ ^جسيمًا لكل سنتيمتر مكعب. ويبلغ متوسط ​​المسار الحر للجسيمات حوالي 10¹⁶ ^متر ، أو ما يعادل سنة ضوئية واحدة تقريبًا. وتزداد كثافة الوسط بين المجرات باتجاه مركز العنقود مع ذروة قوية نسبيًا. بالإضافة إلى ذلك، تنخفض درجة حرارة الوسط بين المجرات عادةً إلى نصف أو ثلث قيمتها الخارجية في المناطق المركزية. وبمجرد أن تصل كثافة البلازما إلى قيمة حرجة، تضمن التفاعلات الكافية بين الأيونات التبريد عبر إشعاع الأشعة السينية. ^{[ 6 ]}

نظراً لارتفاع درجة حرارة الوسط بين المجرات، فإنه يُصدر إشعاعاً بالأشعة السينية، بشكل رئيسي من خلال عملية كبح الإشعاع وخطوط انبعاث الأشعة السينية من العناصر الثقيلة. ^{[ 1 ]} يمكن رصد هذه الأشعة السينية باستخدام تلسكوب الأشعة السينية ، ومن خلال تحليل هذه البيانات، يُمكن تحديد الظروف الفيزيائية، بما في ذلك درجة حرارة البلازما وكثافتها وتركيبها المعدني.

تتيح قياسات توزيعات درجة الحرارة والكثافة في عناقيد المجرات تحديد توزيع كتلة الوسط بين المجرات من خلال نمذجة التوازن الهيدروستاتيكي . وتكشف توزيعات الكتلة المُحددة بهذه الطرق عن كتل تتجاوز بكثير الكتلة المرئية، مما يُعد مؤشراً قوياً على وجود المادة المظلمة في عناقيد المجرات. ^{[ 7 ]}

يُسبب تشتت كومبتون العكسي للفوتونات منخفضة الطاقة، من خلال تفاعلاتها مع الإلكترونات النسبية في الوسط بين المجرات، تشوهات في طيف إشعاع الخلفية الكونية الميكروي (CMB) ، وهو ما يُعرف بتأثير سونيايف-زيلدوفيتش . ويمكن استخدام هذه التشوهات الحرارية في إشعاع الخلفية الكونية الميكروي بواسطة تلسكوبات مثل تلسكوب القطب الجنوبي للكشف عن تجمعات كثيفة من المجرات عند الانزياحات الحمراء العالية. ^{[ 8 ]}

في ديسمبر 2022، أفادت التقارير أن تلسكوب جيمس ويب الفضائي يدرس الضوء الخافت المنبعث من الوسط بين المجرات. ^{[ 9 ]} وقد وجدت دراسة أجريت عام 2018 أن هذا الضوء يُعد "مؤشرًا ضوئيًا دقيقًا للمادة المظلمة". ^{[ 10 ]}

أُجريت حسابات من رصدات مرصد تشاندرا لكثافة الإلكترون ودرجة الحرارة في التجمعات النجمية خارج حالة التوازن الحراري في عام 2023، لكنها أثبتت أن دقة أعلى وحجمًا أكبر لأجهزة الأشعة السينية ضروريان لتحديد الخصائص الحقيقية للتجمعات النجمية على نطاق مجري. ^{[ 11 ]}

تحتوي بعض التجمعات المجرية على هالات راديوية في مراكزها، تُصدر إشعاعًا راديويًا خافتًا ولكنه قابل للكشف. وقد استُخدمت عمليات رصد هذه الهالات، بالإضافة إلى قياسات دوران فاراداي للمجرات الراديوية داخل التجمعات أو خلفها، لدراسة المجال المغناطيسي للتجمعات على نطاق واسع . ^{[ 12 ]}

يُفترض أن البلازما في مناطق العنقود، التي يكون زمن تبريدها أقصر من عمر النظام، تبرد بفعل إشعاع الأشعة السينية القوي، حيث يتناسب الانبعاث طرديًا مع مربع الكثافة. ونظرًا لأن كثافة الوسط بين المجرات تكون في أعلى مستوياتها باتجاه مركز العنقود، فإن زمن التبريد الإشعاعي ينخفض ​​بشكل ملحوظ. ^{[ 13 ]} لم يعد بإمكان الغاز المبرد المركزي تحمل وزن الغاز الساخن الخارجي، ويؤدي تدرج الضغط إلى تدفق تبريد حيث يتدفق الغاز الساخن من المناطق الخارجية ببطء نحو مركز العنقود. وينتج عن هذا التدفق مناطق من الغاز البارد، وبالتالي مناطق لتكوّن نجوم جديدة . ^{[ 14 ]} ومع ذلك، فقد تم مؤخرًا، مع إطلاق تلسكوبات جديدة للأشعة السينية مثل مرصد تشاندرا للأشعة السينية، التقاط صور لعناقيد المجرات بدقة مكانية أفضل. ولا تُظهر هذه الصور الجديدة أي علامات على تكوّن نجوم جديدة بالقدر الذي كان متوقعًا تاريخيًا، مما يحفز البحث في الآليات التي تمنع تبريد الوسط بين المجرات المركزي. ^{[ 13 ]}

أظهرت محاكاة أجراها إريك روهر وآخرون على 352 عنقودًا مجريًا باستخدام برنامج TNG-Cluster عام 2024 أن العناقيد ذات الكتل المنخفضة والانزياحات الحمراء العالية أكثر عرضة للتبريد. ^{[ 15 ]} كما بينت هذه المحاكاة أن أسلاف العناقيد المجرية تميل إلى امتلاك درجة حرارة أقل ونسب أعلى لكل من كتلة الوسط بين المجرات الباردة إلى إجمالي كتلة الوسط بين المجرات وإجمالي كتلة هالة المجرات في العنقود . ويرجح روهر أن الثقوب السوداء فائقة الكتلة داخل العناقيد المجرية هي المساهم الأهم في إجمالي كتلة الوسط بين المجرات الباردة في العنقود، وذلك من خلال تأثير طاقتها الحركية المُجتمعة على تكوين النجوم.

هناك تفسيران شائعان للآليات التي تمنع تبريد الوسط بين المجرات: التغذية الراجعة من النوى المجرية النشطة عبر حقن نفاثات نسبية من البلازما ^{[ 16 ]} ، وتموج بلازما الوسط بين المجرات أثناء اندماجها مع التجمعات الفرعية. ^{[ 17 ] [ 18 ]} ويمكن رؤية النفاثات النسبية للمادة من النوى المجرية النشطة في الصور الملتقطة بواسطة تلسكوبات ذات دقة زاوية عالية مثل مرصد تشاندرا للأشعة السينية.

تُظهر قياسات دوران فاراداي للمجرات في العناقيد عادةً مجالات مغناطيسية بقوة بضعة ميكروغاوس ( μG)، ولكن لوحظت مناطق ذات مجالات تصل قوتها إلى حوالي 10 ميكروغاوس. وتتفاوت هذه المجالات على نطاق واسع في جميع أنحاء الوسط بين المجرات (ICM) على مقياس يتراوح من 100 فرسخ فلكي إلى 10 كيلوفرسخ فلكي. ومن خلال دراسة قياسات دوران فاراداي عند أقطار مختلفة من مركز العنقود، يمكن نمذجة طيف قدرة المجال المغناطيسي كدالة للمسافة من مركز العنقود وكثافة الغاز. ويمكن استخدام قانون قوة ذي ميل قريب من مؤشر كولموغوروف لنمذجة بعض العناقيد، ولكن لوحظت أيضًا عناقيد ذات ميول أقل حدة. ^{[ 12 ]}

• الوسط بين النجوم
• الوسط بين المجرات