Горячий газ в скоплениях галактик светится в рентгеновском диапазоне, и значительная часть этого света исходит от атомов железа, потерявших много электронов. Эти атомы оставляют в спектре характерные яркие линии, похожие на отпечатки пальцев. Астрономы используют их, чтобы узнать температуру, плотность и движение газа. Но насколько точно эти линии соответствуют теоретическим моделям, до сих пор было неясно.

В новом исследовании учёные взяли данные с японского рентгеновского спутника Resolve и рассмотрели 17 скоплений галактик. Вместо того чтобы подгонять весь спектр под готовую модель, они выделили отдельные линии железа — например, от ионов Fe25+ и Fe26+ — и измерили их яркость напрямую. Такой подход позволил проверить, насколько реальные линии согласуются с расчётами.

Оказалось, что в некоторых скоплениях с плотным холодным ядром отношение яркостей двух линий (w и z) примерно на 20% ниже, чем предсказывает теория. При этом линия w выглядит шире, чем z. Такое поведение можно объяснить резонансным рассеянием: фотоны линии w поглощаются и переизлучаются атомами железа по пути к нам, из-за чего часть света уходит в сторону. Ещё одно отклонение найдено в отношении линий y и x — оно слегка отличается от модели, что намекает на вклад процессов рекомбинации, когда свободные электроны захватываются ионами.

Особый интерес вызвала пара линий Lyα1 и Lyα2. По теории их яркости должны соотноситься как 2 к 1, но в данных с хорошей статистикой отношение ближе к 0.55, а не к 0.5. Этот небольшой избыток можно объяснить вкладом магнитного дипольного перехода, который не учитывается в одной из атомных баз данных. Любопытно, что скопления с температурой около 7 миллионов градусов (7 кэВ) чаще показывают отношение выше 0.55. Хотя статистическая значимость пока невелика, это намёк на то, что точное измерение линий железа может стать чувствительным инструментом для изучения дополнительных атомных процессов — от диэлектронной рекомбинации до поляризации излучения.