Скрытое за квазаром свечение раскрыло тайну рождения галактических скоплений

В глубинах космоса, на расстоянии более 11 миллиардов световых лет от Земли, астрономы запечатлели момент рождения гигантской космической структуры. Международная группа ученых под руководством Андреа Травасцио из Университета Милано-Бикокка, используя данные рентгеновской обсерватории Чандра, обнаружила раскаленное газовое облако, окружающее молодое скопление галактик в ранней Вселенной. Это открытие, опубликованное в журнале Astronomy & Astrophysics, дает уникальную возможность увидеть, как формировались самые массивные объекты во Вселенной, когда ее возраст составлял менее двух миллиардов лет.

В центре внимания исследователей оказался яркий квазар под названием ID1, расположенный в плотной группе галактик, которая известна как протоскопление. Это своеобразный «зародыш» будущего гигантского скопления, где гравитация только начинает собирать вместе тысячи галактик и огромные объемы межгалактического газа. Чтобы разглядеть слабое свечение этого газа, ученые потратили более 600 тысяч секунд наблюдений, что эквивалентно почти неделе непрерывной работы телескопа.

Главная сложность заключалась в том, чтобы отделить сигнал от самого квазара — сверхъяркого ядра активной галактики, питаемого черной дырой, от излучения окружающего его горячего облака. Для этого команда создала точную компьютерную модель, показывающую, каким должно быть излучение только от квазара, и сравнила ее с реальными данными. В результате на расстоянии почти 100 тысяч световых лет от центра был обнаружен явный избыток рентгеновских лучей, который невозможно было списать на свет квазара.

Чтобы убедиться, что они имеют дело именно с газом, осевшим под действием гравитации, а не с выбросами от черной дыры, исследователи разбили область вокруг квазара на восемь секторов. Оказалось, что рентгеновское свечение распределено равномерно во всех направлениях, что характерно для массивного и спокойного газового гало, а не для направленных струй вещества. Кроме того, ученые сравнили новую находку с уже известным более холодным облаком газа вокруг того же квазара и пришли к выводу, что эти два компонента связаны, но являются разными слоями одной системы.

Анализ показал, что температура вновь обнаруженного газа достигает примерно 21 миллиона градусов по Кельвину, что соответствует ожиданиям для горячей среды внутри скоплений галактик. Это первый случай, когда тепловое излучение от такой молодой прото-среды зафиксировано на столь огромном удалении, во времена, когда Вселенная была совсем юной.

Масса обнаруженного горячего газа оказалась поистине впечатляющей — около 2,6 триллиона солнечных масс, а общая масса всей структуры, включая невидимое гало темной материи, достигает 30 триллионов масс Солнца. Самый важный вывод состоит в том, что этот горячий газ составляет примерно 56 процентов от всей «обычной» материи, которая должна присутствовать в таком гало согласно теоретическим расчетам. Это значение практически соответствует тому, что астрономы наблюдают в полностью сформировавшихся, зрелых скоплениях галактик по соседству с нами.

Получается, что уже через два миллиарда лет после Большого взрыва эта структура успела «набрать» такую же долю горячего газа, как и ее взрослые собратья, что говорит о чрезвычайно быстром и эффективном процессе нагрева и аккреции материи в ранней Вселенной.

Подводя итог, можно сказать, что это открытие стало важным шагом в понимании того, как зарождались и эволюционировали крупнейшие космические структуры. Ученым впервые удалось напрямую увидеть тепловое свечение газа на начальной стадии формирования скопления галактик в столь далекой эпохе. Хотя полученные оценки масс и температуры пока являются приблизительными и требуют уточнения, сам факт обнаружения такого газа демонстрирует, что процессы, формирующие скопления, запускались удивительно рано и протекали очень интенсивно.

Будущие наблюдения с помощью новых, более мощных телескопов помогут подтвердить эти данные и раскрыть детали того, как молодые галактики и их окружение взаимодействовали на заре времен, превращая хаос первичной материи в упорядоченные космические мегаполисы, которые мы наблюдаем сегодня.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях