COSMOS-z3.1-A: як виглядало майбутнє надскупчення галактик, коли Всесвіту було 2,1 млрд років

COSMOS-z3.1-A — це надзвичайно масивне протонадскупчення галактик, яке ще формується. Його спостерігають на червоному зміщенні z = 3,1: світло від цієї структури показує Всесвіт у віці приблизно 2,1 млрд років. Наразі це найвіддаленіший відомий прародич надскупчення галактик — тобто майбутнього «скупчення скупчень». 15

Якою є його маса і майбутнє

Масу COSMOS-z3.1-A оцінюють приблизно у 5 000 разів більшою за масу Чумацького Шляху. Розрахунки, що поєднують моделювання з оцінками маси майбутнього нащадка за густиною матерії, показують: до сучасної епохи ця система може перетворитися на структуру, масивнішу за скупчення Кома — одне з найбільших відомих скупчень галактик у відносно близькому Всесвіті. 2510

Важливе уточнення: це не пряме вимірювання її майбутньої маси, а прогноз, що залежить від обраних моделей і припущень.

Це не одна «готова» структура

COSMOS-z3.1-A ще не схоже на зріле, гравітаційно врівноважене скупчення. Воно складається з кількох щільних, нерівномірних ядер протоскупчень, розкиданих у просторі приблизно 90 × 70 × 60 супутніх мегапарсеків. До цих ядер простягаються ниткоподібні структури — філаменти космічної павутини, якими надходить речовина. 1

Саме розташування на перетині таких філаментів робить об’єкт особливо рідкісним прикладом надщільної ділянки раннього Всесвіту.

Як астрономи побудували тривимірну карту

Спочатку огляд ODIN за допомогою вузькосмугових зображень, переважно з камери DECam, виявив великі концентрації галактик із лінією випромінювання Лайман-альфа на потрібному червоному зміщенні. Потім дослідники використали спектроскопічні дані DESI на великих ділянках неба, а також цільові спостереження на телескопах Gemini South/GMOS і Keck II/DEIMOS. Це дозволило підтвердити відстані до галактик і перетворити двовимірну картину надгустини на тривимірну. 1

Розподіл галактик також дав змогу простежити філаменти, що з’єднують щільні ядра.

Підтримка моделі «знизу вгору»

Відкриття узгоджується зі стандартною ієрархічною картиною формування космічних структур. За нею спершу виникають невеликі гало темної матерії та групи галактик, а потім вони зливаються й накопичують речовину вздовж філаментів, утворюючи скупчення та надскупчення.

COSMOS-z3.1-A показує саме таку проміжну стадію: кілька окремих протоскупчень занурені у мережу космічних ниток, які постачають їм матеріал, а не утворюють одну монолітну зрілу систему. 110

Чи пов’язане це з результатами JWST про «приховані» зорі

Лише частково. Окремі результати телескопа James Webb (JWST) стосуються не великомасштабної структури, а зоряного населення деяких масивних ранніх галактик. Їхні спектри вказують, що в таких галактиках могло бути несподівано багато тьмяних маломасивних зір — так зване «зміщене до малих мас» зоряне населення. Через це оцінена зоряна маса деяких галактик потенційно може бути у три-чотири рази більшою за попередні оцінки. 4913

COSMOS-z3.1-A демонструє можливе середовище для швидкого збирання галактик: надщільні вузли космічної павутини, які постійно живляться речовиною. Проте сама по собі ця знахідка не пояснює проблему зоряних мас, адже швидке формування масивного гало темної матерії — не те саме, що пояснення ефективності утворення зір і розподілу їхніх початкових мас усередині галактик.

Що буде далі

Огляд LSST обсерваторії Віри Рубін, яка вже розпочала роботу, має забезпечити глибокі багаторазові багатосмугові спостереження великих ділянок неба. Це суттєво розширить пошук кандидатів у далекі надщільні області та протоскупчення. Водночас для точного визначення їхніх тривимірних положень і динамічної історії все одно потрібні спектроскопічні спостереження. 13