Горячее скопление испытывает на прочность космологические модели

Международная команда астрономов совершила открытие, способное изменить наши представления о юности Вселенной. Исследователи обнаружили скопление галактик, которое всего через 1,4 миллиарда лет после Большого взрыва уже обладало невероятно горячей газовой средой. Этот газ оказался в несколько раз горячее, чем предсказывают существующие теоретические модели для столь ранних этапов формирования крупномасштабной структуры мироздания. Открытие, подробно описанное в журнале Nature, указывает на то, что процессы рождения и эволюции самых массивных объектов во Вселенной могли протекать гораздо стремительнее и энергичнее, чем считалось.

Объектом исследования выступило скопление галактик SPT2349-56, которое мы наблюдаем в состоянии, когда возраст Вселенной составлял лишь около десятой части от нынешнего. Несмотря на свой космический «юный возраст», это скопление поражает масштабами и активностью. Его ядро простирается на полмиллиона световых лет, что сопоставимо с гало нашей родной Галактики Млечный Путь.

Внутри этой компактной области бурлит настоящий звездный «шторм»: более 30 активных галактик рождают звезды с совокупной скоростью, в тысячи раз превышающей темпы звездообразования в Млечном Пути. Для изучения столь далекого объекта ученые использовали мощь Атакамской большой миллиметровой/субмиллиметровой решетки (ALMA).

Чтобы измерить энергию газа, заполняющего пространство между галактиками скопления (внутрикластерную среду, intracluster medium), астрономы применили метод, основанный на эффекте Суняева-Зельдовича. Этот космологический феномен позволяет «увидеть» тепловое свечение горячего газа. Результаты оказались удивительными: температура газа в скоплении SPT2349-56 как минимум в пять раз превысила ожидаемые значения и даже превзошла показатели многих современных, зрелых скоплений.

Изначально скептически настроенные, ученые после месяцев проверок пришли к выводу, что источником столь раннего и мощного нагрева, вероятно, служит трио недавно обнаруженных сверхмассивных черных дыр в ядре скопления. Эти гравитационные монстры, активно поглощающие материю, уже в первый миллиард лет истории Вселенной выбрасывали колоссальные потоки энергии, разогревая окружающий газ с невероятной эффективностью. Как отметил соавтор исследования, профессор Скотт Чепмен, это указывает на то, что «нечто» в ранней Вселенной (черные дыры), уже тогда кардинально влияло на формирование своей космической среды.

Современные астрофизические модели предполагают, что массивные газовые резервуары внутрикластерной среды сначала медленно накапливаются, а затем постепенно разогреваются по мере гравитационного коллапса и стабилизации скопления в течение миллиардов лет.

Открытие перегретого скопления SPT2349-56 ставит под сомнение эту неторопливую картину. Оно свидетельствует о том, что фаза первоначального «разогрева» может происходить катастрофически быстро, взрывным образом, и что ключевую роль в этом играет активность сверхмассивных черных дыр на самых ранних этапах.

Это заставляет научное сообщество задуматься о пересмотре последовательности и скоростей эволюции крупнейших структур Вселенной. Как отмечает ведущий автор исследования, аспирант Дачжи Чжоу, теперь главный вопрос заключается в том, как сочетаются в одном компактном и молодом регионе три мощных процесса: быстрое звездообразование, интенсивная активность черных дыр и формирование перегретой газовой среды.

Понимание этой связи — ключ к разгадке того, как гигантские галактики в сердце скоплений, включая самые массивные эллиптические галактики, успели сформироваться и эволюционировать до своего современного состояния за относительно короткие по космическим меркам сроки.