COSMOS-z3.1-A ukazuje, jak vznikaly největší galaktické struktury ve vesmíru

COSMOS-z3.1-A je mimořádně vzácný pohled na zárodek nadkupy galaxií – raného předchůdce budoucí „nadkupy kup“ – z éry, kdy byl vesmír starý jen asi 2,1 miliardy let. Astronomové odhadují, že tato struktura už obsahuje hmotu odpovídající zhruba 5 000 Mléčných drahám. Podle modelů růstu kosmických struktur by se mohla vyvinout v systém hmotnější než blízká Kupa ve Vlasích Bereniky (Coma Cluster). Nejde však o přímé měření její budoucí hmotnosti, ale o odhad vycházející z pozorované nadhustoty a modelů vývoje struktur. 15

Co přesně astronomové objevili

Mezinárodní tým označil COSMOS-z3.1-A za nejvzdálenějšího známého předchůdce galaktické nadkupy. Není to jen proto-vesmírná kupa galaxií: jde o ještě vzácnější a rozsáhlejší komplex, z něhož by se měla vytvořit soustava několika masivních kup galaxií. 7

Struktura nevypadá jako hotová, gravitačně ustálená koule galaxií. Je nepravidelná a rozdělená do několika hustých uzlů. Ty leží v mimořádně husté oblasti, kde se protínají vlákna kosmické sítě – rozsáhlé struktury hmoty, jež propojují galaxie a jejich skupiny. Z jader navíc vybíhají útvary podobné vláknům, které je zřejmě zásobují další hmotou. 14

Odhady hmotnosti jejich dnešních potomků naznačují, že COSMOS-z3.1-A i COSMOS-z3.1-C by do současné epochy vesmíru, označované jako červený posuv nula, mohly dosáhnout celkové hmotnosti přesahující Kupu ve Vlasích Bereniky. Studie pro tyto extrémní systémy uvádí hmotnost budoucích potomků nejméně (10^{15{,}3}) hmotností Slunce. 1

Jak ODIN převedl skvrnu na obloze do trojrozměrné mapy

Objev začal v přehlídce ODIN, která hledá vzdálené proto-kupy galaxií pomocí galaxií vyzařujících čáru Lyman-alfa. Tyto galaxie slouží jako ukazatele oblastí s vysokou koncentrací hmoty. ODIN v poli COSMOS využil úzkopásmové snímkování spojené s kamerou Dark Energy Camera (DECam), aby našel koncentrace galaxií při červeném posuvu 3,1. 335

Pouhá koncentrace objektů promítnutá na obloze ale nestačí: galaxie mohou vypadat blízko sebe, a přitom ležet ve velmi odlišných vzdálenostech. Výzkumníci proto přidali spektroskopická měření z přístroje Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), z přístroje GMOS na Gemini South a z přístroje DEIMOS na dalekohledu Keck II. Z naměřených červených posuvů rekonstruovali trojrozměrné rozložení galaxií, hustá jádra i jejich širší okolí. 135

Právě tento postup umožnil sledovat i vlákna kosmické sítě prostřednictvím rozmístění pozorovaných galaxií. Výsledkem tedy není jen soupis velmi vzdálených galaxií, ale mapa vznikajícího velkorozměrového kosmického prostředí. 1

Proč objev podporuje hierarchický, „zdola nahoru“ rostoucí vesmír

Současná kosmologie popisuje vznik struktur jako hierarchický proces: nejprve se vytvářejí menší koncentrace hmoty, které se pak spojují a přitahují další materiál. Z nich vznikají stále větší skupiny, kupy a nadkupy galaxií. COSMOS-z3.1-A tomuto obrazu odpovídá, protože se skládá z několika vyvíjejících se částí uložených v síti vláken, nikoli z jediné vyzrálé kupy. 17

Důležité je zejména její umístění v uzlech kosmické sítě. Vlákna mohou přivádět galaxie i hmotu do hustých uzlů, a napomáhat tak růstu jednotlivých složek proto-nadkupy během miliard let. Pozorování nabízí neobvykle raný příklad mezistupně mezi menšími proto-kupami a největšími systémy galaktických kup, které známe v blízkém vesmíru. 14

Souvisí to s „ukrytými hvězdami“, které odhalil JWST?

Jen nepřímo. COSMOS-z3.1-A se týká růstu velkorozměrového prostředí: oblastí bohatých na temnou hmotu, skupin galaxií, vláken a proto-kup. Samostatný výsledek z Vesmírného dalekohledu Jamese Webba (JWST) zkoumá naopak hvězdné populace uvnitř jednotlivých raných galaxií.

V této studii vědci analyzovali devět masivních raných galaxií a našli známky toho, že obsahují mnohem více slabých hvězd s nízkou hmotností, než se běžně předpokládalo. Tyto hvězdy přidávají významnou hmotnost, ale vyzařují málo světla. Odhadovaná hvězdná hmotnost některých galaxií proto může být tři- až čtyřnásobná oproti dřívějším hodnotám; v nejvýraznějším případě se blížila čtyřnásobku. 192027

Oba výsledky se doplňují, ale jeden nevysvětluje druhý. Proto-nadkupa zásobovaná vlákny může představovat vhodné prostředí pro rychlé sestavování galaxií. Přebytek slabých hvězd zase mění představu o tom, kolik hvězdné hmoty může být v některých galaxiích skryto. Modely raného vesmíru stále musí vysvětlit jak rychlou stavbu hustých galaktických prostředí, tak přesné složení hvězd v galaxiích, které v nich rostly. 11722

Další krok: širší mapy od observatoře Vera C. Rubin

Observatoř Vera C. Rubin zahájila přehlídku Legacy Survey of Space and Time (LSST). Její první vědecky zaměřené vydání dat z kamery LSST zahrnovalo také hluboká pozorování pole COSMOS. 3336

Širokoúhlé a hluboké snímkování z Rubinovy observatoře může pomoci najít více kandidátů na vzdálené nadhusté oblasti po velkých částech oblohy. Spektroskopie ale zůstane nezbytná: poskytuje přesné červené posuvy, díky nimž lze odlišit skutečnou trojrozměrnou proto-nadkupu od galaxií, které se jen náhodou jeví jako blízké v plošném snímku. COSMOS-z3.1-A ukazuje, proč je spojení rozsáhlého snímkování s cílenou spektroskopií tak účinné. 13