En uråldrig superstruktur kan bli större än Comahopen

Astronomer har identifierat COSMOS-z3.1-A, den mest avlägsna kända föregångaren till en galaxsuperhop. Den observeras vid rödförskjutningen 3,1 – en tid då universum var ungefär 2,1 miljarder år gammalt. Det är alltså en direkt inblick i hur de allra största galaxstrukturerna började byggas upp i det unga universum. 15

En enorm struktur under uppbyggnad

COSMOS-z3.1-A är inte en färdig, jämn och sfärisk galaxhop. Den är en protosuperhop: flera täta, klumpiga kärnor av protokluster som ännu håller på att växa ihop. Strukturen breder ut sig över ungefär 90 × 70 × 60 komovande megaparsec och har filamentliknande utlöpare som för in material till de tätaste områdena. 1

Den uppskattade massan är omkring 5 000 gånger Vintergatans. Beräkningar utifrån tätheten i området och simuleringar antyder att systemet med tiden kan bli mer massivt än Comahopen, en av de största välkända galaxhoparna i det närliggande universum. Det är dock en uppskattning av dess framtida utveckling, inte en direkt mätning av framtida massa. 2510

Ett knutpunkt i universums kosmiska nät

Den tredimensionella kartläggningen visar att COSMOS-z3.1-A ligger i ett extremt övertätt område där filament i det så kallade kosmiska nätverket möts. Filamenten kan ses som stora trådar av materia som förser galaxgrupper och protokluster med gas och mörk materia.

Det gör strukturen till ett sällsynt exempel på ett mycket massivt system från en så tidig epok. Den ger också stöd åt den hierarkiska modellen för kosmisk strukturformation: mindre haloer av mörk materia och galaxgrupper bildas först, och växer sedan genom sammanslagningar och inflöde längs filament. 110

Så bekräftades upptäckten

ODIN-projektet hittade först täta ansamlingar av galaxer som sänder ut Lyman-alfa-ljus, främst med smalbandsbilder från DECam. Därefter användes spektroskopiska observationer från DESI över stora områden samt riktade uppföljningar med Gemini South/GMOS och Keck II/DEIMOS.

Spektrumen gjorde det möjligt att fastställa galaxernas rödförskjutningar och omvandla en till synes tät fläck på himlen till en tredimensionell karta. Därmed kunde forskarna också följa de filament som länkar samman strukturens täta kärnor. 1

Inte samma sak som JWST:s fynd om dolda små stjärnor

Ett separat resultat från James Webb-teleskopet, JWST, handlar om stjärninnehållet i enskilda massiva galaxer i det tidiga universum. Spektra från ett litet urval tyder på att vissa sådana galaxer kan innehålla oväntat många svaga stjärnor med låg massa. Om detta bekräftas mer generellt kan galaxernas beräknade stjärnmassa behöva höjas med ungefär en faktor tre till fyra. 4913

COSMOS-z3.1-A kan visa en miljö där galaxer har goda förutsättningar att byggas upp snabbt: mycket täta knutpunkter som ständigt fylls på från kosmiska filament. Men upptäckten löser inte i sig frågan om varför vissa tidiga galaxer skulle ha så många små stjärnor eller så effektiv stjärnbildning. Att bygga en massiv miljö av mörk materia är inte samma sak som att förklara stjärnpopulationerna inne i galaxerna.

Nästa steg: fler kartor över det tidiga universum

Vera C. Rubin-observatoriets LSST-program har inlett sina observationer. Dess djupa och breda flerfärgsbilder, tagna upprepade gånger, väntas ge betydligt fler kandidater till täta strukturer på stora rödförskjutningar. För att avgöra deras exakta tredimensionella lägen och utvecklingshistoria kommer spektroskopiska observationer fortfarande att vara avgörande. 13