Astronomowie dokonali odkrycia najodleglejszej jak dotąd „zrelaksowanej” gromady galaktyk, która nie uległa zakłóceniom związanym ze zderzeniami z innymi gromadami galaktyk. To przełomowe odkrycie otwiera nowe perspektywy w badaniach dotyczących powstawania gigantycznych struktur we Wszechświecie oraz pozwala zgłębić tajemnice kształtu obecnego stanu kosmosu.
Aby znaleźć tę odległą i młodą gromadę galaktyk, zespoły naukowców wykorzystały dane z Obserwatorium Chandra, Kosmicznego Teleskopu Spitzera, Teleskopu Bieguna Południowego oraz projektu Dark Energy Survey w Chile. Wyniki zostały przedstawione w serii trzech artykułów.
Gromada galaktyk, znana jako SPT-CL J2215-3537 (lub SPT2215), znajduje się w odległości około 8,4 miliarda lat świetlnych od Ziemi i jest widoczna, gdy Wszechświat ma zaledwie 5,3 miliarda lat. Te dane sugerują, że SPT2215 miała przewagę podczas swojego formowania się w porównaniu do innych gromad o podobnych rozmiarach, a przez ostatni miliard lat „odpoczywała”, co pozwoliło jej się zrelaksować. Astronomowie szacują, że masa tej gromady jest około 700 bilionów razy większa od masy Słońca.
Gromady galaktyk są zbiorami dziesiątek do setek galaktyk, które są połączone ze sobą za pomocą ogromnych ilości gorącego gazu i ciemnej materii. Te struktury są utrzymywane razem przez grawitację. W gromadach galaktyk, przestrzeń między poszczególnymi galaktykami wypełniona jest gorącym gazem o temperaturze milionów stopni, który emituje promieniowanie rentgenowskie. Ten gaz stanowi istotny wskaźnik dla badaczy, umożliwiając im analizę i zrozumienie procesów zachodzących wewnątrz gromad.
Gromady galaktyk powiększają się wraz z upływem czasu poprzez połączenia z innymi gromadami galaktyk. Te połączenia powodują zakłócenia w gazie znajdującym się wewnątrz gromady, takie jak asymetrie lub wyraźne cechy. Jednak jeśli gromada ma wystarczająco dużo czasu, aby „odpocząć” bez kolejnych połączeń, gaz może przybrać gładki, spokojny wygląd.
Do tej pory nie widzieliśmy zrelaksowanej gromady galaktyk tak odległej jak SPT2215 – powiedział Michael Calzadilla z Massachusetts Institute of Technology (MIT), główny autor najnowszej z trzech publikacji, w których potwierdzono zrelaksowany charakter tej gromady oraz opisano inne istotne cechy z nią związane.
W centrum SPT2215 znajduje się duża galaktyka, która zawiera ogromną czarną dziurę w swoim jądrze. Badania przeprowadzone przez Calzadillę odkryły znaczną ilość nowo powstających gwiazd w tej galaktyce. Proces tworzenia się nowych gwiazd w centralnej galaktyce gromady jest napędzany przez ochładzanie gorącego gazu, które ma miejsce, gdy gromada staje się zrelaksowana.
Na tempo ochładzania się gazu i tworzenia gwiazd w gromadzie wpływa aktywność olbrzymiej czarnej dziury znajdującej się w jej centrum. Jeśli czarna dziura generuje zbyt wiele potężnych wybuchów, większość gazu w gromadzie nie jest w stanie odpowiednio się ochłodzić, co uniemożliwia formowanie się nowych gwiazd. Jednak w przypadku SPT2215, w odróżnieniu od większości zrelaksowanych gromad obserwowanych przez teleskop Chandra, wydaje się, że olbrzymia czarna dziura nie hamuje tego procesu ochładzania.
Wygląda na to, że czarna dziura w SPT2215 jest wystarczająco cicha, aby umożliwić rozkwit procesów gwiazdotwórczych – powiedział Michael McDonald, również z MIT, który jest współautorem wszystkich trzech artykułów.
Inną istotną cechą gromady SPT2215 jest izolacja jej galaktyki centralnej. W promieniu około 600 000 lat świetlnych nie ma innych galaktyk, które byłyby równie jasne lub rozległe. To sugeruje, że gromada nie doświadczyła połączenia z inną gromadą w ciągu ostatniego miliarda lat, co stanowi kolejne potwierdzenie, że SPT2215 jest w stanie zrelaksowania.
Naukowcy nie byli pewni, czy uda im się znaleźć gromadę galaktyk, która była zrelaksowana w tej epoce Wszechświata, ponieważ zwykle wciąż przechodzą one zawirowania związane z łączeniem się z innymi gromadami lub grupami galaktyk, gdy zwiększają swoje rozmiary.
Fakt, że gromada jest tak masywna, tak wcześnie we Wszechświecie, sugeruje naprawdę ekscytującą, szybką historię formowania się – powiedziała Lindsey Bleem z Narodowego Laboratorium Argonne Departamentu Energii USA w Lemont w stanie Illinois, której zespół po raz pierwszy doniósł o wykryciu gromady w 2020 roku, w pierwszym z trzech artykułów. Jednak fakt, że jest zrelaksowana, sugeruje coś wręcz przeciwnego. To tak, jakby znaleźć czystą kuchnię zaraz po kolacji.
Wyniki dotyczące SPT2215 dobrze pasują do tych uzyskanych przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, który pokazał galaktyki formujące się w bardzo młodym wieku.
Zrelaksowane gromady, takie jak SPT2215, są jednym z drogowskazów, które zostały wykorzystane do pomiaru ekspansji Wszechświata – powiedział Adam Mantz z Uniwersytetu Stanforda, który jako pierwszy poinformował o zrelaksowanym statusie SPT2215, korzystając z danych Chandra w 2022 r., w drugim artykule. Dodanie odległych obiektów takich jak ten do naszej próbki zrelaksowanych gromad pozwala nam lepiej ograniczyć przyspieszenie kosmicznej ekspansji i właściwości ciemnej energii, która ją napędza.
Więcej informacji:
- Unexpectedly Calm and Remote Galaxy Cluster Discovered
- SPT-CL J2215−3537: A Massive Starburst at the Center of the Most Distant Relaxed Galaxy Cluster
- The SPTpol Extended Cluster Survey
- Cosmological constraints from gas mass fractions of massive, relaxed galaxy clusters
Źródło: Chandra
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Ten złożony obraz przedstawia SPT-CL J2215-3537 w promieniowaniu rentgenowskim (niebieski) oraz w połączeniu światła ultrafioletowego, optycznego i podczerwonego (cyjan i pomarańczowy). Źródło: Promieniowanie X: NASA/CXC/MIT/M. Calzadilla; UV/Optyczne/bliska podczerwień/podczerwień: NASA/STScI/HST; Obróbka zdjęcia: N. Wolk
