COSMOS-z3.1-A: как Вселенная собирала крупнейшие системы галактик

COSMOS-z3.1-A — редкая возможность увидеть протосверхскопление, то есть раннего предка будущего «скопления скоплений» галактик. Мы наблюдаем эту структуру в эпоху, когда возраст Вселенной составлял около 2,1 млрд лет. Её нынешнюю массу оценивают примерно в 5000 масс Млечного Пути, а в будущем она, возможно, вырастет в систему тяжелее скопления Волос Вероники (Coma Cluster) — одного из крупнейших богатых скоплений в близкой нам Вселенной. Это не прямое измерение будущей массы, а расчёт по наблюдаемой сверхплотности и моделям роста космических структур. 15

Не готовое скопление, а стройка космического масштаба

Международная группа астрономов назвала COSMOS-z3.1-A самым далёким известным предшественником сверхскопления галактик. Это более редкий объект, чем обычное протоскопление: речь идёт о формирующемся комплексе, который со временем должен стать объединением нескольких массивных скоплений. 7

На 3D-карте COSMOS-z3.1-A не выглядит единым, спокойным и сферическим объектом. Он состоит из нескольких плотных, неоднородных ядер. Они расположены в исключительно плотной области там, где пересекаются нити космической паутины — крупномасштабной сети, по которой распределены материя и галактики. От ядер тянутся хвосты, похожие на филаменты; вероятно, по ним к плотным узлам поступают галактики и вещество. 14

Расчёты авторов показывают, что COSMOS-z3.1-A и ещё одна экстремальная структура, COSMOS-z3.1-C, к современной эпохе могут достичь суммарной массы не менее (10^{15,3}) масс Солнца. Это больше, чем у скопления Волос Вероники. 1

Как ODIN превратил пятно на небе в объёмную карту

Поиск начался с обзора ODIN, нацеленного на обнаружение далёких протоскоплений. В поле COSMOS исследователи использовали узкополосные снимки, полученные с камерой Dark Energy Camera (DECam), чтобы найти галактики с яркой линией Лайман-альфа на красном смещении 3,1. Такие галактики служат маркерами плотных областей ранней Вселенной. 335

Однако простая концентрация объектов на изображении ещё не доказывает, что они находятся рядом в пространстве: галактики могут лишь случайно проецироваться на один участок неба. Поэтому команда измерила спектры объектов с помощью инструмента DESI, спектрографа GMOS на телескопе Gemini South и DEIMOS на телескопе Keck II. По спектрам определили красные смещения, а значит — положения галактик вдоль луча зрения. Так двумерная картина превратилась в трёхмерную карту с плотными ядрами и окружающей их средой. 135

Именно распределение галактик на этой карте позволило увидеть и филаменты. Иными словами, COSMOS-z3.1-A — не просто набор очень далёких галактик, а развивающаяся крупномасштабная среда, показанная в объёме. 1

Почему это согласуется с «сборкой снизу вверх»

В современной космологии считается, что структуры растут иерархически: сначала формируются меньшие сгущения вещества, затем они сливаются и притягивают новый материал, образуя всё более крупные системы. COSMOS-z3.1-A хорошо вписывается в эту картину. Здесь видны несколько развивающихся компонентов внутри сети филаментов, а не одно уже сформировавшееся скопление. 17

Положение в узле космической паутины особенно важно: филаменты могут направлять вещество и галактики к самым плотным областям. Наблюдение даёт редкий пример промежуточной стадии — между отдельными протоскоплениями и самыми массивными системами скоплений, которые мы видим в современной Вселенной. 14

Как это связано с «скрытыми звёздами» JWST — и почему это не одно и то же

COSMOS-z3.1-A помогает изучать рост крупномасштабной среды: богатых тёмной материей областей, групп галактик, филаментов и протоскоплений. Отдельный результат космического телескопа James Webb (JWST) относится к звёздному населению внутри отдельных ранних галактик.

В исследовании JWST, охватившем девять массивных ранних галактик, астрономы обнаружили признаки того, что в них могло быть намного больше тусклых маломассивных звёзд, чем предполагалось. Такие звёзды почти не добавляют света, но добавляют массу: поэтому оценки звёздной массы некоторых галактик могут оказаться в три—четыре раза выше прежних, а в наиболее экстремальном случае — почти в четыре раза. 192027

Эти результаты дополняют друг друга, но один не объясняет другой автоматически. Протосверхскопление, подпитываемое филаментами, может быть средой, благоприятной для быстрого роста галактик. Но избыток маломассивных звёзд меняет оценку того, сколько звёздной массы скрыто внутри части таких галактик. Как ранняя Вселенная так быстро собрала плотные структуры — и почему в их галактиках сформировался именно такой набор звёзд, — остаётся важным вопросом для космологических моделей. 11722

Что смогут добавить будущие наблюдения

Обсерватория имени Веры Рубин в Чили начала обзор Legacy Survey of Space and Time (LSST). Среди первых научно ориентированных данных её камеры были и глубокие наблюдения поля COSMOS. 3336

Широкие и глубокие снимки Rubin помогут находить больше кандидатов в далёкие сверхплотные области на больших участках неба. Но спектроскопия останется необходимой: только точные красные смещения позволяют отличить настоящее трёхмерное протосверхскопление от галактик, которые на плоском изображении лишь кажутся соседями. История COSMOS-z3.1-A наглядно показывает силу сочетания обзоров неба с широкими и прицельными спектроскопическими измерениями. 13