COSMOS-z3.1-A näyttää, miten maailmankaikkeuden suurimmat galaksiryhmät alkoivat rakentua

COSMOS-z3.1-A on poikkeuksellisen massiivinen, yhä muodostuva proto-superjoukko eli galaksien superjoukon varhainen esiaste. Se havaittiin punasiirtymällä 3,1, ajalta jolloin maailmankaikkeus oli vasta noin 2,1 miljardin vuoden ikäinen. Kyseessä on kaukaisin tunnettu galaksien superjoukon esiaste, joten se tarjoaa harvinaisen näkymän siihen, miten nykymaailmankaikkeuden suurimmat galaksikeskittymät syntyivät pienemmistä rakenteista. 212

Massa on noin 5 000 Linnunradan verran

COSMOS-z3.1-A:n massaksi on arvioitu noin 5 000 Linnunradan massaa. Tiheysmittauksiin ja simulaatioihin perustuvat jälkeläismassa-arviot viittaavat siihen, että rakenne kasvaa nykyhetkeen mennessä Coman galaksijoukkoa massiivisemmaksi. Coman galaksijoukko on yksi lähimaailmankaikkeuden suurimmista tunnetuista galaksijoukoista. 2912

Tulevaa massaa ei kuitenkaan ole mitattu suoraan: kyse on malliriippuvaisesta ennusteesta, johon liittyy epävarmuuksia. Esimerkiksi pelkkiin kaksiulotteisiin havaintoihin pohjautuvissa protojoukkojen jälkeläismassa-arvioissa radiaalisen ulottuvuuden puuttuminen voi aiheuttaa noin 0,4 dexin epävarmuuden. 4

Ei yksi valmis joukko, vaan kosmisen verkon solmukohta

Havainto ei kuvaa yhtä rauhoittunutta ja pallomaista galaksijoukkoa. COSMOS-z3.1-A koostuu useista tiheistä, epäsäännöllisistä protojoukkoytimistä, joita yhdistävät ja ruokkivat säiemäiset rakenteet eli kosmisen verkon filamentit. Kokonaisuus ulottuu suunnilleen 90 × 70 × 60 komovingin megaparsekin alueelle. 2

Tällainen rakenne tukee niin sanottua hierarkkista kasvumallia: pienet pimeän aineen halot ja galaksiryhmät muodostuvat ensin, minkä jälkeen ne yhdistyvät ja keräävät ainetta kosmisen verkon säikeitä pitkin. COSMOS-z3.1-A näyttää juuri tällaiselta välivaiheelta, ei valmiilta jättimäiseltä galaksijoukolta. 212

Näin kolmiulotteinen rakenne varmistettiin

ODIN-kartoitus tunnisti ehdokkaita kapeakaistakuvauksella, erityisesti Dark Energy Cameran (DECam) aineistosta. Menetelmä poimii suuria Lyman-alfa-säteilyä lähettävien galaksien keskittymiä oikealta etäisyysalueelta. 4

Sen jälkeen tutkijat käyttivät DESI-spektrejä laajoilta alueilta sekä kohdennettuja Gemini Southin GMOS- ja Keck II:n DEIMOS-seurantahavaintoja. Spektrien avulla galaksien etäisyydet voitiin vahvistaa, jolloin pelkkä taivaan tasossa näkyvä tihentymä muuttui kolmiulotteiseksi kartaksi. Samalla galaksijakauma paljasti tiheitä ytimiä yhdistäviä säikeitä. 2

Yhteys JWST:n havaintoon on kiinnostava, mutta ei ratkaiseva

Erillinen James Webb -avaruusteleskoopin (JWST) tutkimus koskee yksittäisten varhaisten massiivisten galaksien tähtipopulaatioita. Pienen galaksinäytteen spektrit viittaavat siihen, että joissakin niistä voi olla odotettua enemmän himmeitä, pienimassaisia tähtiä. Jos tulos varmistuu laajemmissa aineistoissa, galaksien tähtimassat voisivat olla noin kolmesta neljään kertaa aiempia arvioita suurempia. 1013

COSMOS-z3.1-A tarjoaa mahdollisen ympäristön nopealle galaksien kasvulle: erittäin tiheät kosmisen verkon solmukohdat saavat jatkuvasti ainetta säikeitä pitkin. Se ei silti yksin selitä JWST:n nostamaa kysymystä siitä, miten varhaiset galaksit rakensivat tähtimassansa niin nopeasti. Massiivisen pimeän aineen ympäristön kokoaminen ja galaksin sisäisen tähtienmuodostuksen tehokkuuden tai tähtien massajakauman selittäminen ovat eri asioita.

Seuraavaksi etsitään lisää vastaavia rakenteita

Vera C. Rubin -observatorion LSST-kartoitus tuottaa syviä, laaja-alaisia ja monivärisiä toistokuvauksia. Sen odotetaan kasvattavan kaukaisten ylikorkean tiheyden alueiden ehdokasjoukkoa ja helpottavan protojoukkojen ympäristöjen järjestelmällistä kartoittamista. Tarkat kolmiulotteiset sijainnit ja rakenteiden kehityshistoria edellyttävät silti edelleen spektroskooppisia havaintoja. Rubin-observatorio on aloittanut LSST-toimintansa. 1