COSMOS-z3.1-A: как выглядел предок гигантского сверхскопления 11 млрд лет назад

COSMOS-z3.1-A — исключительно массивное прото-сверхскопление, то есть ещё формирующийся предок системы из нескольких скоплений галактик. Его наблюдают при красном смещении z = 3,1 — в эпоху, когда Вселенной было около 2,1 млрд лет. Это самый далёкий известный предшественник сверхскопления галактик; он позволяет увидеть раннюю стадию сборки крупнейших структур современного космоса. 212

Насколько оно велико

Оценочная масса COSMOS-z3.1-A примерно в 5 000 раз больше массы Млечного Пути. Расчёты, основанные на плотности вещества и моделировании дальнейшей эволюции, показывают, что к настоящей эпохе система может превратиться в объект массивнее скопления Волос Вероники (Coma Cluster) — одного из наиболее крупных скоплений в близкой Вселенной. Это именно модельная оценка потомка структуры, а не непосредственное измерение её будущей массы. 2912

Не «шар» из галактик, а узел космической паутины

COSMOS-z3.1-A ещё не похоже на спокойное, гравитационно уравновешенное скопление. Оно состоит из нескольких плотных и неоднородных протоскоплений, расположенных в области примерно 90 × 70 × 60 сопутствующих мегапарсек. От этих ядер тянутся нитевидные структуры — филаменты космической паутины, по которым в плотные области поступают галактики и вещество. 2

Именно такое устройство хорошо согласуется с иерархической картиной формирования структур: сначала возникают сравнительно небольшие гало тёмной материи и группы галактик, затем они сливаются и подпитываются веществом вдоль филаментов, формируя скопления и сверхскопления. COSMOS-z3.1-A показывает эту стадию непосредственно — до того, как несколько отдельных ядер успели стать единой зрелой системой. 212

Как астрономы построили трёхмерную карту

Кандидатов на далёкие плотные области искали в рамках обзора ODIN по излучению галактик в линии Лайман-альфа. Для этого использовали узкополосные наблюдения, главным образом камерой DECam. Затем положения галактик по глубине уточняли спектроскопическими данными DESI, а также последующими наблюдениями на Gemini South/GMOS и Keck II/DEIMOS. Так двумерное пятно повышенной плотности галактик удалось превратить в трёхмерную карту ядер и соединяющих их филаментов. 24

Связано ли это с результатом JWST о «скрытых» маломассивных звёздах

Это два разных результата, относящихся к разным масштабам. COSMOS-z3.1-A описывает крупномасштабную среду — сеть, в которой собираются будущие скопления галактик. Наблюдения космического телескопа James Webb, напротив, касаются звёздного населения отдельных ранних массивных галактик.

Спектры небольшой выборки таких галактик указывают, что в них могло быть неожиданно много тусклых маломассивных звёзд. В отдельных случаях это способно увеличить оценку звёздной массы примерно в три—четыре раза. Если вывод подтвердится для более широкой популяции, проблема быстрого роста ранних галактик станет ещё острее. 1013

Плотные узлы космической паутины, подобные COSMOS-z3.1-A, дают правдоподобный механизм для ускоренной сборки галактик: они постоянно снабжаются веществом по филаментам. Но само по себе это открытие не объясняет, почему внутри ранних галактик могла формироваться необычно большая доля маломассивных звёзд. Формирование массивной среды из тёмной материи и происхождение конкретного распределения масс звёзд — связанные, но не одинаковые вопросы.

Что будет дальше

Новые обзоры должны существенно увеличить число подобных находок. Обсерватория имени Веры Рубин уже начала основную программу LSST — глубокий многополосный обзор неба с повторными наблюдениями. Он поможет находить гораздо больше кандидатов в далёкие протоскопления, но для точного определения их трёхмерной структуры по-прежнему понадобятся спектроскопические наблюдения. 1