Mokslininkus šokiravo neįtikėtinai karštas objektas, atsiradęs vos po Didžiojo sprogimo

Šis objektas – tai galaktikų spiečius, pavadintas SPT2349-56. Jis užfiksuotas praėjus vos 1,4 mlrd. metų po Didžiojo sprogimo, o jame esančios dujos yra gerokai karštesnės, nei turėtų būti. Pagal dabartinius modelius, gravitacinis galaktikų spiečių dujų įkaitimas turėtų būti lėtas procesas, trunkantis milijardus metų, kol pasiekiamos tokios temperatūros, kokios stebimos SPT2349-56.

„Nesitikėjome taip anksti kosminėje istorijoje aptikti tokio karšto spiečiaus dujinio apvalkalo“, – sako Kanados Britų Kolumbijos universiteto astrofizikos doktorantas Dazhi Zhou.

„Iš pradžių net abejojau signalu – jis atrodė per stiprus, kad būtų tikras. Tačiau po mėnesius trukusių patikrinimų patvirtinome, kad šios dujos yra mažiausiai penkis kartus karštesnės, nei prognozuoja modeliai, ir netgi karštesnės bei energingesnės už tas, kurias matome daugelyje šiandieninių spiečių.“

SPT2349-56 pirmą kartą pastebėtas 2010 m. stebint dangaus sritis iš Pietų ašigalio teleskopo Antarktidoje. Jau ankstyvieji duomenys rodė, kad tai neeilinis objektas. Vėlesni stebėjimai, paskelbti 2018 m., patvirtino, kad tai – daugiau nei 30 galaktikų spiečius. Šios galaktikos žvaigždes formuoja apie 1000 kartų sparčiau nei Paukščių Takas ir lekia viena kitos link susidūrimo trajektorijomis.

Kadangi toks intensyvus „kosminis spektaklis“ vyko ankstyvojoje Visatoje, maždaug prieš 12,4 mlrd. metų, astronomai tikėjosi, kad SPT2349-56 padės atskleisti galaktikų evoliucijos ypatumus itin svarbiu Visatos istorijos laikotarpiu.

Tarptautinė mokslininkų komanda, vadovaujama Zhou, pasitelkė itin jautrią Atakamos didžiųjų milimetrinių/submilimetrinių bangų antenų sistemą (ALMA), kad ištirtų kosminį mikrobangį foną (angl. Cosmic Microwave Background, CMB) – silpną, beveik tolygų švytėjimą, kuris vis dar persmelkia Visatą nuo to laiko, kai ji atvėso iki temperatūros, leidusios šviesai laisvai sklęsti erdve.

Mokslininkai siekė aptikti vadinamąjį Suniajevo–Zeldovičiaus signalą. Jis atsiranda, kai karštų dujų elektronai galaktikų spiečiaus tarpgalaktinėje terpėje sąveikauja su kosminio mikrobangio fono fotonais. Kadangi CMB fonas yra labai tolygus, tokios „šešėlines“ anomalijos sudaro kontrastą, kurį galima užfiksuoti ir išmatuoti.

Galaktikų spiečius – tai erdvės sritis, kurioje gravitacija itin sustiprėja, nes daugybė galaktikų traukia viena kitą ir telkiasi į bendrą masyvų darinį. Ši gravitacija veikia ir spiečiuje esančias dujas – vadinamąją intraklastinę terpę. Dujos yra spaudžiamos ir greitinamos, todėl didėja jų energija ir temperatūra.

SPT2349-56 yra neįprastai didelis ankstyvosios Visatos galaktikų spiečiaus pavyzdys – tiek savo mase, tiek žvaigždėdaros intensyvumu. Ankstesni matavimai parodė, kad tarp jo galaktikų yra gausu molekulinių dujų. Zhou ir kolegos detaliau ištyrė šias dujas, siekdami suprasti, ką jos gali atskleisti apie spiečiaus viduje vykstančią dinamiką.

„Galaktikų spiečių supratimas yra raktas į supratimą, kaip formuojasi didžiausios Visatos galaktikos“, – aiškina astrofizikas Scottas Chapmanas iš Dalhauzio universiteto, anksčiau dirbęs Kanados nacionalinėje tyrimų taryboje.

„Dauguma šių masyvių galaktikų gyvena spiečiuose, o jų evoliuciją stipriai veikia itin galinga spiečių aplinka, įskaitant intraklastinę terpę, kuri formuojasi kartu su pačiu spiečiumi.“

ALMA užfiksuotas Suniajevo–Zeldovičiaus signalas ne tik aiškiai išsiskyrė iš fono – jis buvo stulbinamai galingas. Analizė parodė nedviprasmišką karštų elektronų terminį pėdsaką, kai jų temperatūra viršijo 10 milijonų kelvinų. Nors tyrėjai tikėjosi rasti pirmųjų požymių, rodančių šiltėjančią intraklastinę terpę, aptiktos reikšmės gerokai pranoko lūkesčius.

Remiantis esamais modeliais, vien gravitacinės sąveikos nepakanka, kad būtų pasiektos tokios temperatūros. Mokslininkai įtaria, kad papildomą energiją į spiečių gali tiekti galingi čiurkšliniai srautai, kylantys iš mažiausiai trijų supermasyvių juodųjų skylių SPT2349-56 regione.

„Tai rodo, kad kažkas ankstyvojoje Visatoje – tikriausiai trys neseniai šiame spiečiuje identifikuotos supermasyvios juodosios skylės – jau labai anksti į aplinką išliedavo milžiniškus energijos kiekius ir stipriai formavo jauno spiečiaus raidą, daug anksčiau ir intensyviau, nei manėme“, – aiškina Chapmanas.

Tokie rezultatai leidžia manyti, kad mūsų teoriniai galaktikų spiečių raidos modeliai yra nepilni. Pasirodo, reikia atsižvelgti į visą spiečiaus „ekosistemą“ – į žvaigždėdaros procesus, juodųjų skylių aktyvumą, dujų šildymą ir sąveikas – net ir ankstyvojoje Visatoje, kai, atrodytų, tokie sudėtingi procesai dar neturėtų dominuoti.

„Siekime išsiaiškinti, kaip tarpusavyje sąveikauja intensyvi žvaigždėdara, aktyvios juodosios skylės ir šis perkaistęs dujų apvalkalas, ir ką tai gali pasakyti apie tai, kaip buvo suformuoti šiandien matomi galaktikų spiečiai“, – sako Zhou.