Невероятно горячий объект обнаружен спустя 1,4 миллиарда лет после Большого взрыва

Тень, отброшенная на слабое свечение, оставшееся от Большого взрыва, выявила в ранней Вселенной гигантский объект, который противоречит нашим предсказаниям о том, как должна развиваться Вселенная.

Это скопление галактик под названием SPT2349-56. Обнаруженный всего через 1,4 миллиарда лет после Большого взрыва, газ внутри него намного горячее, чем должен быть. Гравитационный нагрев скопления галактик должен быть медленным процессом, требующим миллиарды лет, чтобы достичь температурного режима SPT2349-56.

«Мы не ожидали увидеть такую горячую атмосферу скопления на столь раннем этапе космической истории», — говорит докторант астрофизики Дажи Чжоу из Университета Британской Колумбии в Канаде.

«На самом деле, сначала я скептически отнесся к сигналу, поскольку он был слишком сильным, чтобы быть реальным. Но после После нескольких месяцев проверок мы подтвердили, что этот газ как минимум в пять раз горячее, чем предполагалось, и даже горячее и энергичнее, чем то, что мы обнаруживаем во многих современных скоплениях».

Связано: Черные дыры настолько массивны, что их не должно быть, могут возникнуть в результате редкого тройного слияния

SPT2349-56 была впервые обнаружена в 2010 году при наблюдениях с Южнополярного телескопа в Антарктиде, и первые признаки предполагали ее необычность. Последующие наблюдения, опубликованные в 2018 году, подтвердили, что объект представляет собой скопление из более чем 30 галактик, яростно образующих звезды со скоростью в 1000 раз быстрее, чем Млечный Путь, и мчащихся навстречу друг другу по курсу столкновения.

Поскольку эта экстремальная драма разыгрывалась в ранней Вселенной, около 12,4 миллиарда лет назад, астрономы полагали, что она, вероятно, даст некоторые подсказки об эволюции галактик в критический момент во Вселенной.

Под руководством Чжоу международная группа использовала сверхчувствительную Атакамскую большую миллиметровую/субмиллиметровую решетку (ALMA) для исследования космического микроволнового фона (CMB) – слабого однородного свечения, которое все еще пронизывает Вселенную с тех пор, как космос остыл до температуры, позволяющей свету свободно течь.

Они хотели найти искажение, известное как сигнал Сюняева-Зельдовича, которое вызывается электронами в горячем газе между галактики в скоплении, взаимодействующие с фотонами реликтового излучения. Поскольку реликтовое излучение очень гладкое, эти «тени» создают контраст, который можно обнаружить и измерить.

Скопление галактик — это космический карман, где гравитация усиливается по мере того, как галактики притягивают друг друга ближе друг к другу. Эта гравитация действует на газ внутри галактики – внутрикластерную среду – сжимая и ускоряя его, что увеличивает его энергию.

SPT2349-56 является крайним примером скопления галактик в ранней Вселенной, как по размеру, так и по звездообразованию, и предыдущие измерения показали большое количество молекулярного газа между ними. Чжоу и его коллеги внимательно изучили этот газ, чтобы определить, что он может рассказать нам о динамике внутри скопления.

«Понимание скоплений галактик — ключ к пониманию самых больших галактик во Вселенной», — говорит астрофизик Скотт Чепмен из Университета Далхаузи, ранее работавший в Национальном исследовательском совете Канады.

«Эти массивные галактики в основном расположены в скоплениях, и их эволюция во многом определяется очень сильной средой скопления.

» кластеры по мере их формирования, включая внутрикластерную среду».

Сигнал АЛМА Сюняева-Зельдовича был не просто четким – он был мощным. Анализ выявил однозначную тепловую сигнатуру горячих электронов с температурой, превышающей 10 миллионов Кельвинов. Хотя исследователи надеялись на раннее обнаружение теплой внутрикластерной среды, это превзошло все ожидания.

Исходя из существующих моделей, невозможно предположить, что одна только гравитация могла бы создать такую ​​температуру. Исследователи подозревают, что мощные струи по крайней мере трех сверхмассивных черных дыр в SPT2349-56 могут выделять дополнительную энергию.

«Это говорит нам о том, что что-то в ранней Вселенной, вероятно, три недавно обнаруженные сверхмассивные черные дыры в скоплении, уже перекачивали огромное количество энергии в окружающую среду и формировали молодое скопление, гораздо раньше и сильнее, чем мы думали», — объясняет Чепмен.

Это, в свою очередь, предполагает, что наше теоретическое понимание скопления галактик эволюция далека от завершения – необходимо принимать во внимание всю экосистему скопления, даже в период ранней Вселенной, когда мы не можем ожидать определенной динамики.

«Мы хотим выяснить, как взаимодействуют интенсивное звездообразование, активные черные дыры и эта перегретая атмосфера, и что это говорит нам о том, как были построены современные скопления галактик», – говорит Чжоу.

Исследование было опубликовано в журнале Nature.