Et urtidig superhop kan bli større enn Comahopen

COSMOS-z3.1-A er den fjerneste kjente forløperen til en superhop av galakser – altså en enorm struktur som fortsatt er under oppbygging. Astronomene ser den slik den var ved rødforskyvning 3,1, da universet bare var rundt 2,1 milliarder år gammelt. Funnet gir et sjeldent innblikk i hvordan de største galaksehopene i dagens univers kan ha blitt bygget opp av mindre strukturer. 15

Omtrent 5 000 ganger Melkeveiens masse

Den estimerte massen til COSMOS-z3.1-A er om lag 5 000 ganger massen til Melkeveien. Beregninger basert på tettheten i området og simuleringer peker mot at strukturen over tid kan utvikle seg til et galaksehopsystem som er mer massivt enn Comahopen – en av de mest massive nærliggende galaksehopene vi kjenner. Dette er imidlertid et anslag for den framtidige utviklingen, ikke en direkte måling av den endelige massen. 2510

Ikke én ferdig hop, men flere knutepunkter

COSMOS-z3.1-A er ikke en rolig, kuleformet og ferdigdannet galaksehop. Den består av flere tette, klumpete kjerner fordelt over omtrent 90 × 70 × 60 komovende megaparsec, med trådlignende filamenter som ser ut til å føre materie inn mot de tetteste områdene. Strukturen ligger i et usedvanlig overdens område der grener av det kosmiske nettet møtes. 1

Det kosmiske nettet er universets storskalastruktur: filamenter av mørk materie og gass som knytter galakser og galaksehoper sammen. Nettopp slike filamenter antas å forsyne voksende galaksehoper med materiale.

Slik laget forskerne et tredimensjonalt kart

ODIN-prosjektet brukte smalbåndsavbildning, i hovedsak med DECam-kameraet, til å finne store konsentrasjoner av galakser med Lyman-alfa-emisjon på riktig avstand. Deretter ble galaksenes rødforskyvning bekreftet med spektroskopiske observasjoner fra DESI, Gemini South/GMOS og Keck II/DEIMOS. Det gjorde det mulig å gå fra en todimensjonal ansamling på himmelen til et tredimensjonalt kart over strukturene og filamentene mellom dem. 1

Støtter teorien om vekst nedenfra og opp

I standardmodellen for strukturvekst dannes små haloer av mørk materie og små galaksegrupper først. Senere smelter de sammen og trekker til seg nytt materiale langs filamentene, slik at de kan vokse til galaksehoper og superhoper. COSMOS-z3.1-A ser ut til å være et tydelig eksempel på et slikt mellomstadium: flere separate protohoper som inngår i et felles filamentnettverk, snarere enn én ferdig, monolittisk hop. 110

Koblingen til JWST-resultatene

Et separat resultat fra James Webb-romteleskopet (JWST) handler om stjernene inne i enkelte massive, tidlige galakser – ikke om selve storskalastrukturen rundt dem. Spektre av et lite utvalg antyder at noen av galaksene kan inneholde uventet mange svake stjerner med lav masse. Dersom dette gjelder bredt, kan de beregnede stjernemassene i enkelte tilfeller måtte økes med omtrent tre til fire ganger. 4913

COSMOS-z3.1-A tilbyr dermed en mulig del av forklaringen på rask galakseoppbygging: svært tette knutepunkter i det kosmiske nettet kan tilføres materiale kontinuerlig. Men funnet løser ikke alene spørsmålet om hvorfor stjernedannelsen og fordelingen av stjernemasser i de tidlige galaksene eventuelt var så annerledes.

Neste steg: Rubin-observatoriet

Legacy Survey of Space and Time (LSST) ved Vera C. Rubin-observatoriet vil gi dype, vidvinklede bilder i flere fargebånd over tid. Det kan øke antallet kandidater til fjerne overdensiteter og protohoper betydelig. For å fastslå nøyaktige tredimensjonale plasseringer og utviklingshistorier vil spektroskopiske observasjoner fortsatt være nødvendige. Rubin-observatoriet har startet LSST-operasjoner. 13