Астрономы обнаружили «детский кластер» галактик, который может изменить космологические модели

США - Информационное агентство Эхбари

Астрономы обнаружили неожиданный «детский кластер» галактик в ранней Вселенной

В астрономическом открытии, которое может изменить наше представление об эволюции ранней Вселенной, астрономы недавно идентифицировали то, что выглядит как «детский кластер» галактик – скопление из более чем 66 молодых галактик, расположенное в исключительно далекой области космоса. Этот протокластер, названный JADES-ID1, датируется примерно одним миллиардом лет после Большого взрыва, что является чрезвычайно ранним периодом в космической истории. Особенно поражает то, что этот кластер, несмотря на свою «растущую» фазу, кажется более зрелым и развитым, чем предсказывают современные космологические модели для такой ранней эпохи. Это делает его главным кандидатом на звание самого далекого и самого раннего обнаруженного протокластера галактик, бросая вызов господствующим теориям о том, как такие массивные космические структуры формируются в младенчестве Вселенной.

Обнаружение JADES-ID1 стало возможным благодаря комбинированным данным космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) НАСА и рентгеновской обсерватории Чандра. Анализ этих данных показывает, что протокластер обладает огромной массой, оцениваемой примерно в 20 триллионов раз больше массы нашей Солнечной системы. Хотя большая часть этой массы состоит из невидимой темной материи, обсерватория Чандра обнаружила огромное облако горячего газа, окутывающее кластер и ярко светящееся в рентгеновском диапазоне. Наличие такой рентгеновской «атмосферы» обычно является признаком зрелых и стабильных скоплений галактик – характеристика, неожиданно обнаруженная в структуре возрастом всего в один миллиард лет.

Доктор Акош Богдан, астрофизик из Центра астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт, ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Nature, заявил: «JADES-ID1 – это действительно самый молодой кластер с рентгеновской атмосферой. И это открытие расширяет границы рентгеновских протокластеров до гораздо, гораздо более ранних времен, чем предыдущие примеры». Он далее отметил, что существование такой массивной и развитой структуры так рано в истории Вселенной вызывает вопросы о полноте нашего понимания процессов формирования космоса. «Либо нам чрезвычайно повезло [увидеть его], либо мы наблюдаем регион Вселенной, который растет с необычайной скоростью», – добавил он.

Скопления галактик являются ключевыми объектами в космологии, часто называемыми «перекрестками» между астрофизикой и космологией. Они служат естественными лабораториями для изучения взаимодействий галактик, роста сверхмассивных черных дыр и эволюции космической паутины. Понимание того, как эти скопления собираются вместе на огромных пространствах времени и пространства, также информирует наши знания о космологических параметрах, формирующих Вселенную. Как отметила доктор Элена Расиа, астрофизик из Мичиганского университета, не участвовавшая в исследовании: «Скопления галактик часто называют «перекрестками» между астрофизикой и космологией». Она предположила, что этот уникальный протокластер, JADES-ID1, может быть значимым с обеих точек зрения.

Стандартные модели формирования кластеров предсказывают, что структура такого масштаба и зрелости не должна существовать так рано в истории Вселенной. Более того, если бы JADES-ID1 продолжил свой бурный рост, он в конечном итоге стал бы аномально большим, полностью сформировавшимся скоплением галактик. Однако вопрос о том, действительно ли его существование требует переписывания учебников, остается открытым. Профессор Клаус Долаг, вычислительный астрофизик из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана, не участвовавший в исследованиях JADES-ID1, признает, что хотя «мы не до конца понимаем, как такие структуры могут формироваться и выглядеть такими продвинутыми так рано», уже могут быть некоторые указания на то, что происходит. В предыдущем исследовании Долаг и его коллеги провели симуляции формирования протокластеров, происходившего примерно на полмиллиарда лет позже JADES-ID1, и обнаружили, что многие из этих виртуальных объектов развили обнаруживаемые рентгеновские атмосферы к тому времени. Важно отметить, что ни один из крупнейших и самых ранних протокластеров из исследования 2023 года не превратился в сверхбольшие скопления галактик по мере продвижения симуляции к настоящему дню. Вместо этого их рост замедлился по мере созревания и исчерпания окружающих запасов газа. Если это поведение применимо к JADES-ID1, его наблюдаемый ранний, существенный размер может быть менее загадочным.

Тем не менее, профессор Стефано Борганни, астрофизик из Университета Триеста в Италии, не связанный ни с одним из этих исследований, отмечает, что обнаружение рентгеновских лучей от JADES-ID1 и других ранних протокластеров доводит возможности телескопа Чандра до предела. Это затрудняет для исследователей точную оценку их знаний об этих экстремальных системах. «Для более четкого понимания того, ставит ли [JADES-ID1] под сомнение наше текущее понимание формирования космических структур, потребуется дождаться следующего поколения рентгеновских телескопов» с повышенной чувствительностью, наряду с острым зрением Чандра, сказал он. Доктор Богдан согласен с необходимостью изучения большего числа протокластеров аналогичного возраста. «Следующие шаги должны заключаться в поиске большего количества таких систем и создании более крупных выборок протокластеров в ранней Вселенной, чтобы мы не полагались на один объект», – настаивал он.

Решение загадки этого зрелого «детского кластера» принесет значительные прорывы независимо от результата, по словам Долага. «Либо мы узнаем что-то новое о сложном взаимодействии различных физических процессов, формирующих галактики, – либо мы узнаем, что в нашей общей фоновой модели космологии действительно есть недостаток, который заставляет нас чрезмерно упрощать». Открытие JADES-ID1 предлагает уникальное окно в эпохи формирования Вселенной, потенциально уточняя наши модели формирования структур и фундаментальные параметры, управляющие космосом.

Информационное агентство Эхбари