Galaktyki nie są rozmieszczone przypadkowo we Wszechświecie. Grupują się nie tylko w gromady, ale również w ogromne, wzajemnie połączone struktury włókniste z gigantycznymi pustkami pomiędzy nimi. Ta „kosmiczna pajęczyna” powstała jako delikatna struktura i stała się z czasem coraz wyraźniejsza – w miarę, jak grawitacja przyciągała materię.
Wykorzystując Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, astronomowie odkryli nitkowato rozmieszczone 10 galaktyk, które istniały zaledwie 830 milionów lat po Wielkim wybuchu. Ta rozciągająca się na 3 miliony l.św. struktura jest zakotwiczona do jasnego kwazara, czyli galaktyki z aktywną, supermasywną czarną dziurą w jej centrum. Astronomowie sądzą, że to włókno ostatecznie stanie się masywną gromadą galaktyk, podobną do dobrze znanej Gromady Warkocza Bereniki w nieodległym nam Wszechświecie.
Członek zespołu badawczego Xiaohui Fan (the University of Arizona, USA) wyraził zaskoczenie długością i wąskością tego włókna, mówiąc: Spodziewałem się znaleźć coś, ale nie oczekiwałem tak długiej i wąskiej struktury. Ta struktura pierwszych włókien reprezentuje jedno z najwcześniejszych połączeń pomiędzy odległymi kwazarami i kosmiczną pajęczyną, i oznacza istotny kamień milowy w naszym rozumieniu wczesnego Wszechświata.
To odkrycie zostało uzyskane w ramach projektu ASPIRE (A SPectroscopic survey of biased halos In the Reionization Era), którego celem są badania kosmicznego otoczenia najwcześniejszych czarnych dziur. W sumie program przewiduje obserwacje 25 kwazarów, które istniały w obrębie pierwszego miliarda lat po Wielkim Wybuchu – w okresie znanym jako era rejonizacji. Celem ASPIRE jest wzbogacenie naszej wiedzy na temat formowania się kosmicznych struktur, poprzez badanie, w jaki sposób tworzą się takie masywne czarne dziury.
Wyjaśnił to Joseph Hennawi (University of California, USA) – ostatnie dwie dekady badań kosmologicznych zapewniły nam solidne zrozumienie, w jaki sposób powstaje i ewoluuje kosmiczna pajęczyna. Celem ASPIRE jest zrozumienie w jaki sposób można włączyć powstawanie najwcześniejszych, masywnych czarnych dziur do naszej obecnej opowieści o powstawaniu kosmicznych struktur.
Rosnące potwory
Oprócz szczegółów tych włóknistych struktur grupujących galaktyki, projekt ASPIRE zajmuje się również badaniami ośmiu kwazarów we wczesnym Wszechświecie. Astronomowie potwierdzili, że czarne dziury w tych kwazarach, które istniały już mniej niż miliard lat po Wielkim Wybuchu, posiadają masy od 600 milionów do 2 miliardów mas Słońca. Zrozumienie, jak one urosły do tak olbrzymich mas w ciągu krótkiego okresu czasu pozostaje głównym przedmiotem badań.
Według kierownika projektu ASPIRE, Feige Wang (the University of Arizona, USA), aby mogły powstać te supermasywne czarne dziury, w tak krótkim czasie, muszą być spełnione dwa kryteria. Po pierwsze, potrzebny jest początek wzrostu z masywnych „ziaren” czarnych dziur. Po drugie, nawet jeśli takie ziarno będzie miało masę równoważną tysiącom Słońc, to nadal potrzebuje akrecji materii milion razy większej z maksymalnym możliwym tempem w ciągu całego jej życia.
Omawiane obserwacje uzyskane Teleskopem Webba dostarczyły również istotnych dowodów, w jaki sposób supermasywne czarne dziury we wczesnym Wszechświecie mogą kontrolować powstawanie gwiazd w ich galaktykach macierzystych. Te czarne dziury nie tylko akreują materię, ale również generują potężne wypływy materii, które mogą rozciągać się poza same czarne dziury i wpływać na powstawanie gwiazd w skali galaktyki.
Główna badaczka czarnych dziur w projekcie ASPIRE Jinyi Yang powiedziała: Silne wiatry generowane przez czarne dziury mogą hamować proces powstawania gwiazd w galaktyce macierzystej. Takie wiatry obserwowano o bliskim nam Wszechświecie, ale nigdy nie były zaobserwowane bezpośrednio w erze rejonizacji. Siła takiego wiatru zależy od struktury kwazara. W obserwacjach Webba widzimy, że takie wiatry istniały we wczesnym Wszechświecie.
Na ilustracji: Pole pełne galaktyk z programu ASPIRE sfotografowane przez Teleskop Webba z kamerą NIRCam. Znajduje się tutaj kwazar J0305-3150 (z=6,6), którego jasność przyćmiewa galaktykę macierzystą. Na dole po prawej stronie znajdują się strzałki kompasu, pozycjonujące to zdjęcie na niebie. Poniżej zdjęcia podano nazwy filtrów użytych w kamerze NIRCam oraz mapowania kolorów przypisane do każdego filtru. Źródło: NASA, ESA, CSA, Feige Wang (University of Arizona), and Joseph DePasquale (STScI)
Więcej informacji:
- Publikacja naukowa (dostęp otwarty): A SPectroscopic Survey of Biased Halos in the Reionization Era (ASPIRE): JWST Reveals a Filamentary Structure around a z = 6.61 Quasar
- Webb Telescope Discovers 830-Million-Year-Old Galactic Filament
Źródło: NASA, ESA, CSA
Opracowanie: Ryszard Biernikowicz
Na ilustracji: Układ 10 galaktyk oznaczonych ośmioma, białymi kółkami wzdłuż przekątnej, nitkowatej linii (dwa kółka zawierają więcej niż jedną galaktykę), który został sfotografowany przez Teleskop Webba z kamerą NIRCam. Jest to rozciągające się na 3 miliony l.św. włókno zakotwiczone do jasnego kwazara, czyli galaktyki z aktywną, supermasywną czarną dziurą w jej centrum. Kwazara oznaczonego jako J0305-3150 widać w centrum grupy trzech kółek po prawej stronie zdjęcia. Kwazar przyćmiewa jasnością swoja galaktykę macierzystą. Te 10 galaktyk istniało już 830 milionów lat po Wielkim Wybuchu (z=6,6). Astronomowie sądzą, że to włókno w końcu stanie się masywną gromadą galaktyk. Źródło: NASA, ESA, CSA, Feige Wang (University of Arizona), and Joseph DePasquale (STScI)
