Naukowcy odkryli duży rezerwuar gorącego gazu o temperaturze kilkudziesięciu milionów stopni Celsjusza we wciąż formującej się gromadzie galaktyk.
Międzynarodowy zespół odkrył duży obłok gorącego gazu w formującej się gromadzie galaktyk wokół galaktyki Sieci Pajęczej. Odkrycie ujawnia, że ta protogromada, daleka od rozproszenia, będzie najprawdopodobniej związana grawitacyjnie przez resztę swojego istnienia. Należy do epoki, w której Wszechświat miał zaledwie trzy miliardy lat, i jest to pierwszy przypadek wykrycia tak gorącego gazu w tak dużej odległości od Ziemi. Praca opublikowana w „Nature” potwierdza też, że gromady galaktyk, jedne z największych znanych nam struktur powstałych we Wszechświecie, zaczęły powstawać bardzo wcześnie.
Gromady galaktyk, jak sama nazwa wskazuje, zawierają dużą liczbę galaktyk – czasem nawet tysiące. Zawierają również rozległy „ośrodek wewnątrzgromadowy” (ang. intracluster medium – ICM) pełen gazu, który przenika przestrzeń między galaktykami w gromadzie. Gaz ten w rzeczywistości znacznie przewyższa masą same galaktyki. Gromady galaktyk są przy tym tak masywne, że mogą gromadzić duże ilości gazu, który nagrzewa się, gdy opada w kierunku centrum gromady.
Wcześniej ośrodek ICM był badany tylko we w pełni uformowanych i pobliskich gromadach galaktyk. Wykrywanie ośrodka gazowego w odległych protogromadach – czyli we wciąż tworzących się gromadach galaktyk – pozwoliłoby astronomom uchwycić te gromady we wczesnych stadiach formowania się. Symulacje kosmologiczne przewidywały obecność gorącego gazu w protogromadach od ponad dekady, ale brakowało potwierdzeń obserwacyjnych – wyjaśnił Luca Di Mascolo, naukowiec z Uniwersytetu w Trieście i pierwszy autor omawianej pracy.
Aby uzyskać takie potwierdzenie, zespół naukowców starannie wybrał jednego z najbardziej obiecujących kandydatów – protogromadę Sieci Pajęczej zlokalizowaną w epoce, w której Wszechświat miał zaledwie trzy miliardy lat. Badając ją, naukowcy wykryli duży rezerwuar gorącego gazu o temperaturze kilkudziesięciu milionów stopni, co dowodzi, że układ ów jest na najlepszej drodze do stania się prawdziwą gromadą galaktyk, a nie do rozproszenia się.
Rosnąca struktura
Zespół wykrył ICM protogromady Sieci Pajęczej wykorzystując tzw. termiczny efekt Siuniajewa-Zeldowicza (SZ). Występuje on, gdy światło z mikrofalowego promieniowania tła – promieniowania reliktowego pochodzącego z Wielkiego Wybuchu – przechodzi przez ośrodek gromady (ICM). Kiedy to światło oddziałuje z szybko poruszającymi się elektronami w gorącym gazie, zyskuje pewną ilość energii, a jego długość fali nieznacznie się zmienia. Przy odpowiednich długościach fal efekt SZ pojawia się zatem jako efekt cienia gromady galaktyk na mikrofalowym promieniowaniu tła – wyjaśnia Helmut Dannerbauer, badacz z Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) na Wyspach Kanaryjskich i współautor badania.
Mierząc te cienie na kosmicznym promieniowaniu tła astronomowie mogą zatem wywnioskować istnienie gorącego gazu w gromadzie, a także oszacować jego masę i sporządzić mapę jego rozkładu. Wyniki te były możliwe dzięki obserwacjom prowadzonym z użyciem niezwykłej sieci anten w Chile Instituto de Astrofísica de Canarias Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).
Wcześniej już w tej samej protogromadzie wykryto zimny gaz, ale masa gorącego gazu wykrytego dzięki nowym badaniom przewyższa jego zasoby tysiące razy. To odkrycie pokazuje, że protogromada Sieci Pajęczej rzeczywiście może przekształcić się w masywną gromadę galaktyk za około dziesięć miliardów lat, zwiększając swoją masę co najmniej dziesięciokrotnie – wyjaśnia Elena Rasia, badaczka z Włoskiego Narodowego Instytutu Astrofizyki (L'Istituto nazionale di astrofisica – INAF) w Trieście, współautorka badań.
Zdaniem zespołu układ ten wykazuje ogromne kontrasty, ponieważ jego gorący komponent termiczny zniszczy większość zimnego składnika gazowego w miarę dalszej ewolucji systemu. Jesteśmy świadkami delikatnego przejścia – dodaje Tony Mroczkowski, badacz z Europejskiego Obserwatorium Południowego (European South Observatory – ESO), współautor artykułu. Nasze badania dostarczają obserwacyjnego potwierdzenia dawnych przewidywań teoretycznych co do powstawania największych związanych grawitacyjnie obiektów we Wszechświecie.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Komunikat ESO: Astronomowie świadkami narodzin bardzo odległej gromady galaktyk z wczesnego Wszechświata
- Astronomers witness the birth of a cluster of galaxies from the early Universe
- Forming intracluster gas in a galaxy protocluster at a redshift of 2.16
Źródło: IAC
Na ilustracji: Obraz protogromady wokół galaktyki Sieci Pajęczej. Gorący gaz w ośrodku gromady pokazany jest jako nałożony na obraz niebieski obłok. Źródło: ESO/Di Mascolo i inni; HST: H. Ford
