Глубоко вглядываться в наблюдаемую Вселенную - и, следовательно, вернуться к самым ранним периодам времени - невероятно увлекательная вещь. При этом астрономы могут видеть самые ранние галактики во Вселенной и узнавать больше о том, как они развивались с течением времени. Отсюда они не только могут видеть, как образовались крупномасштабные структуры (например, галактики и скопления галактик), но и роль, которую играет темная материя.
Совсем недавно международная группа ученых использовала Большой миллиметровый субмиллиметровый массив Atacama (ALMA) для наблюдения Вселенной, когда ей было всего 1,4 миллиарда лет. То, что они наблюдали, было «протокластером», серией из 14 галактик, расположенных на расстоянии 12,4 миллиардов световых лет, которые должны были слиться. Это приведет к образованию массивного скопления галактик, одного из крупнейших объектов в известной Вселенной.
Исследование, описывающее их результаты под названием «Массивное ядро для скопления галактик с красным смещением 4,3», недавно появилось в журнале. Природа. Исследование было проведено Тимом Миллером - астрономом из Университета Далхаузи, Галифакса и Йельского университета - и включало членов Лаборатории реактивного движения НАСА, Европейской южной обсерватории (ESO), Национального исследовательского совета Канады, Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, Национальная радиоастрономическая обсерватория, а также многочисленные университеты и исследовательские институты.
Как они указывают в своем исследовании, этот протокластер (обозначенный SPT2349-56) был впервые обнаружен на Южном полюсе телескопа Национального научного фонда. Используя эксперимент Atacama Pathfinder Experiment (APEX), команда провела последующие наблюдения, которые подтвердили, что это был чрезвычайно отдаленный галактический источник, который затем наблюдался с ALMA. Используя превосходное разрешение и чувствительность ALMA, они смогли различить отдельные галактики.
Они обнаружили, что эти галактики формировали звезды со скоростью в 1000 раз быстрее, чем наша галактика, и были втиснуты в область пространства, которая была примерно в три раза больше Млечного Пути. Используя данные ALMA, команда также смогла создать сложные компьютерные симуляции, которые продемонстрировали, как эта текущая коллекция галактик, вероятно, будет расти и развиваться в течение миллиарда лет.
Это моделирование показало, что как только эти галактики сливаются, результирующее скопление галактик будет конкурировать с некоторыми из самых массивных скоплений, которые мы видим в космическом журнале. Как Скотт Чепмен, астрофизик из Университета Далхаузи и соавтор исследования, объяснил:
«Поймать массивное галактическое скопление в муках формирования само по себе впечатляет. Но тот факт, что это происходит так рано в истории вселенной, представляет собой серьезную проблему для нашего современного понимания того, как структуры формируются во вселенной ».
Нынешний научный консенсус среди астрофизиков утверждает, что через несколько миллионов лет после Большого взрыва нормальная материя и темная материя начали образовывать большие концентрации, что в конечном итоге привело к образованию скоплений галактик. Эти объекты - самые большие структуры во Вселенной, содержащие триллионы звезд, тысячи галактик, огромное количество темной материи и массивные черные дыры.
Однако современные теории и компьютерные модели предполагают, что протокластерам, подобным наблюдаемым в ALMA, потребовалось гораздо больше времени для развития. Поэтому найти тот, который датируется всего лишь 1,4 миллиардами лет после Большого взрыва, было довольно неожиданно. Тим Миллер, который в настоящее время является докторантом в Йельском университете, указал:
«Как эта совокупность галактик стала настолько большой, настолько быстрой, это немного загадка, она не создавалась постепенно в течение миллиардов лет, как могли бы ожидать астрономы. Это открытие предоставляет невероятную возможность изучить, как скопления галактик и их массивные галактики объединились в этих экстремальных условиях ».
Заглядывая в будущее, Чепмен и его коллеги надеются провести дальнейшие исследования SPT2349-56, чтобы увидеть, как эти протокластеры в конечном итоге стали скоплением галактик. «ALMA впервые дала нам четкую отправную точку для предсказания эволюции скопления галактик», - сказал он. «Со временем 14 наблюдаемых нами галактик перестанут образовывать звезды и столкнутся и объединятся в одну гигантскую галактику».
Изучение этого и других протокластеров станет возможным благодаря таким инструментам, как ALMA, а также обсерваториям следующего поколения, таким как квадратный километраж (SKA). Оснащенные более чувствительными массивами и более продвинутыми компьютерными моделями, астрономы могут создать действительно точную временную шкалу того, как наша Вселенная стала такой, какая она есть сегодня.
