COSMOS-z3.1-A var en kæmpe under opbygning, da universet var 2,1 mia. år gammelt

Et internationalt astronomhold har identificeret COSMOS-z3.1-A, den hidtil fjerneste kendte forløber for en galakse-superhob. Den ses ved rødforskydning 3,1 – altså som den var, da universet var omkring 2,1 milliarder år gammelt. Fundet giver et sjældent indblik i den tidlige opbygning af nogle af universets allerstørste strukturer. 912

Omkring 5.000 gange Mælkevejens masse

COSMOS-z3.1-A har en anslået masse på cirka 5.000 gange Mælkevejens. Beregninger baseret på strukturens tæthed og simuleringer peger på, at den med tiden kan blive til et galaksehobsystem, der er mere massivt end Coma-hoben – en af de største kendte galaksehobe i det nære univers. 2912

Det er vigtigt at skelne mellem nutidens observation og prognosen: Den forventede slutmasse er en modelafhængig beregning, ikke en direkte måling af, hvordan systemet faktisk vil se ud i dag. 24

Ikke én færdigdannet hob

Navnet kan lyde som én samlet, kugleformet struktur, men COSMOS-z3.1-A er stadig under samling. Den består af flere tætte og klumpede kerner af protohobe, der ligger i et område på omtrent 90 × 70 × 60 komovende megaparsec. Filamentlignende strukturer ser ud til at føre materiale ind mod de tætteste områder. 2

Netop denne ujævne opbygning er central: Astronomerne ser en ekstremt tæt knude i det såkaldte kosmiske netværk, hvor store filamenter mødes. Det gør COSMOS-z3.1-A til et usædvanligt eksempel på, hvordan mindre galaksegrupper og mørkstofstrukturer kan vokse sammen til langt større hobe. 212

Sådan blev den kortlagt i tre dimensioner

Forskerne brugte ODIN-undersøgelsen og smalbåndsbilleder, især fra Dark Energy Camera (DECam), til at opspore koncentrationer af galakser med Lyman-alfa-emission ved den relevante afstand. Derefter blev galaksernes afstande bekræftet med spektroskopi fra blandt andet DESI samt målrettede observationer med Gemini South/GMOS og Keck II/DEIMOS. 28

Det gjorde det muligt at gå fra et todimensionelt billede på himlen til et tredimensionelt kort. Kortet viste både de tætte kerner og de filamenter, som knytter dem sammen. 2

Et billede af universets hierarkiske vækst

Opdagelsen stemmer med den gængse idé om hierarkisk, eller “bottom-up”, strukturvækst: Små mørkstofhaloner og galaksegrupper dannes først, hvorefter de samler sig og tilføres materiale langs filamenter. COSMOS-z3.1-A ligner netop et mellemstadie i den proces – ikke en moden, samlet galaksehob, men flere voksende dele i et fælles netværk. 212

Hvad har det med JWST's tunge tidlige galakser at gøre?

Et separat resultat fra James Webb-rumteleskopet handler om enkelte massive galakser i det tidlige univers. Spektre fra en lille prøve tyder på, at nogle af dem kan rumme flere svage stjerner med lav masse end hidtil antaget. Det kan i visse tilfælde løfte galaksernes beregnede stjernemasse med cirka en faktor tre til fire. 1013

COSMOS-z3.1-A kan vise, hvordan særligt tætte miljøer og kosmiske filamenter hjælper galakser med at samle materiale hurtigt. Men fundet løser ikke i sig selv spørgsmålet om, hvorfor nogle tidlige galakser eventuelt dannede så mange lavmassestjerner eller omsatte stof til stjerner så effektivt.

Fremover kan Rubin-observatoriets LSST-kortlægning levere langt flere kandidater til fjerne overdense områder. Præcise tredimensionelle kort vil dog fortsat kræve spektroskopiske observationer. Rubin-observatoriet har påbegyndt LSST-driften. 1