COSMOS-z3.1-A показує, як у ранньому Всесвіті росли найбільші системи галактик

COSMOS-z3.1-A — це рідкісний погляд на протонадскупчення галактик: раннього предка майбутнього «скупчення скупчень». Ми бачимо його в епоху, коли Всесвіту було лише близько 2,1 млрд років. Його поточну масу оцінюють приблизно у 5 000 мас Чумацького Шляху, а згодом система може стати масивнішою за скупчення Кома — одне з найбільших близьких до нас скупчень галактик. Це саме прогноз, отриманий з виміряної надщільності речовини й моделей еволюції структур, а не безпосередньо виміряна майбутня маса. 15

Не одна зріла система, а кілька ядер, що збираються докупи

Міжнародна група астрономів визначила COSMOS-z3.1-A як найвіддаленіший відомий пращур надскупчення галактик. Це рідкісніший об'єкт, ніж звичайне протоскупчення: не просто зачаток одного великого скупчення, а комплекс, з якого має сформуватися система кількох масивних скупчень. 7

На знімку такої далекої епохи структура не виглядає гладкою чи вже врівноваженою. Вона має нерівну, грудкувату будову з кількома щільними компонентами. Ці ядра розташовані в надзвичайно щільній ділянці космічної павутини — там, де перетинаються її філаменти, тобто протяжні ниткоподібні структури речовини. Від ядер простягаються «хвости», які, ймовірно, є філаментами, що постачають їм галактики й матерію. 14

Розрахунки авторів показують, що COSMOS-z3.1-A разом із COSMOS-z3.1-C до сучасної епохи Всесвіту, позначуваної як червоне зміщення (z=0), можуть перевищити масу скупчення Кома. Для цих виняткових систем оцінена маса нащадків становить щонайменше (10^{15{,}3}) мас Сонця. 1

Як ODIN перетворив скупчення точок на тривимірну карту

Перші ознаки відкриття отримали в огляді ODIN, який шукає протоскупчення на великих червоних зміщеннях за галактиками з лінією випромінювання Лайман-альфа. У полі COSMOS огляд застосував вузькосмугові зображення, отримані камерою Dark Energy Camera (DECam), щоб виявити концентрації таких галактик на червоному зміщенні 3,1. 335

Але скупчення галактик на площині неба ще не доводить, що вони справді перебувають поруч у просторі: деякі об'єкти можуть лише випадково проєктуватися один біля одного. Тому команда доповнила дані спектроскопією за допомогою Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), інструмента GMOS на телескопі Gemini South і DEIMOS на телескопі Keck II. Вимірювання червоних зміщень дали змогу відновити тривимірний розподіл галактик, виокремити щільні ядра та їхнє ширше оточення. 135

Саме цей підхід дозволив простежити філаменти за розподілом галактик, які слугують їхніми індикаторами. Отже, йдеться не просто про перелік надзвичайно далеких галактик, а про карту великомасштабного середовища, що формується. 1

Чому це свідчення «зростання знизу вгору»

Сучасна космологія описує формування великих структур як ієрархічний процес: спершу виникають менші згущення речовини, а потім вони зливаються й притягують додаткову матерію, утворюючи дедалі більші системи. COSMOS-z3.1-A добре узгоджується з такою картиною: тут видно кілька компонентів, що розвиваються в мережі філаментів, а не одне вже сформоване скупчення. 17

Особливо показове розташування системи у вузлах космічної павутини. Філаменти можуть спрямовувати галактики та речовину до таких щільних вузлів, допомагаючи окремим компонентам протонадскупчення з часом перетворитися на значно масивнішу систему. Це рідкісний приклад проміжного етапу між меншими протоскупченнями й найбільшими системами скупчень, які спостерігають у близькому Всесвіті. 14

Чого відкриття не пояснює у результатах JWST про «приховані зорі»

COSMOS-z3.1-A стосується зростання великомасштабних середовищ: областей, багатих на темну матерію, груп галактик, філаментів і протоскупчень. Інший результат космічного телескопа James Webb (JWST) присвячений зоряному населенню всередині окремих ранніх галактик.

У дослідженні JWST науковці проаналізували дев'ять масивних ранніх галактик і знайшли свідчення того, що в них могло бути значно більше тьмяних маломасивних зір, ніж зазвичай припускали. Такі зорі дають мало світла, проте додають істотну масу. Через це оцінки зоряної маси деяких галактик можуть бути втричі або вчетверо вищими за попередні; в найекстремальнішому випадку наближатися до чотирикратного збільшення. 192027

Ці висновки доповнюють один одного, але жоден не є повним поясненням іншого. Протонадскупчення, яке живиться філаментами, може бути сприятливим середовищем для швидкого збирання галактик. Водночас надлишок маломасивних зір змінює оцінку того, скільки зоряної маси може бути приховано в деяких галактиках. Пояснити і швидке нарощування щільних середовищ, і точний склад зір у їхніх галактиках — одне з ключових завдань моделей раннього Всесвіту. 11722

Що дадуть наступні огляди неба

Обсерваторія імені Віри Рубін уже розпочала огляд Legacy Survey of Space and Time (LSST). Її перший науково орієнтований випуск даних з камери LSST містив і глибокі спостереження поля COSMOS. 3336

Широкі й глибокі зображення Rubin допоможуть знаходити більше кандидатів у далекі надщільні області на великих ділянках неба. Проте спектроскопія залишиться необхідною: лише точні червоні зміщення дозволяють відрізнити реальне тривимірне протонадскупчення від галактик, які здаються сусідами лише на двовимірному зображенні. Історія COSMOS-z3.1-A наочно показує силу поєднання широких оглядів із масштабними та прицільними спектроскопічними вимірюваннями. 13