Всматриваясь глубоко в космос - на удивительное расстояние в 90 процентов обозримой вселенной - астрономы стали свидетелями начала гигантского космического скопления, надвигающегося столкновения 14 молодых звездных галактик.
Впечатление художника о 14 галактиках, обнаруженных ALMA, поскольку они появляются в очень ранней, очень далекой вселенной. Эти галактики находятся в процессе слияния и в конечном итоге образуют ядро массивного скопления галактик. ©NRAO / AUI / NSF; С. Дагнелло
Этому древнему мегаслиянию предназначено превратиться в одну из самых массивных структур в известной вселенной: скопление галактик, гравитационно связанных темной материей и плавающих в море горячего, ионизированного газа.
Используя Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), международная команда ученых обнаружила поразительно плотную концентрацию из 14 галактик, которые готовы слиться, образуя ядро того, что в конечном итоге станет колоссальным кластером галактик.
Этот плотно связанный галактический разлом, известный как протокластер, расположен примерно на расстоянии 12,4 миллиарда световых лет, а это означает, что его свет начал путешествовать к нам, когда вселенной было всего 1,4 миллиарда лет, или примерно на десятой части его нынешнего возраста. Его отдельные галактики формируют звезды в 1000 раз быстрее нашей домашней галактики и плотно размещены внутри своей области космоса, примерно в три раза превышая размер Млечного Пути. Образующийся кластер галактик в конечном итоге будет конкурировать с некоторыми из самых массивных кластеров, которые мы видим во вселенной сегодня.
Результаты опубликованы в журнале Nature.
Масштабирование к галактикам, обнаруженным ALMA, которые эволюционируют в кластер галактик. Внешнее поле относится к данным, полученным Гершской космической обсерваторией. Среднее изображение - часть гораздо более широкого обзора Южнополярного телескопа NSF - раскрыло отдаленный источник галактики, который изучался ALMA, чтобы выявить 14 галактик. Авторы: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Т. Миллер и С. Чапман и др .; Herschel; Южный полюс телескопа; (NRAO / AUI / NSF) Б. Сакстон
"Поймать массивный кластер галактик в муках формации, само по себе впечатляюще", - сказал Скотт Чепмен, астрофизик из Университета Далхаузи в Галифаксе, Канады, который специализируется на наблюдательной космологии и изучает истоки структуры во Вселенной и эволюцию галактик.
"Но тот факт, что это происходит так рано в истории Вселенной, представляет собой серьезную проблему для нашего современного понимания того, как в ней формируются структуры", - сказал он.
В течение первых нескольких миллионов лет космической истории нормальная материя и темная материя стали объединяться во все большие и большие концентрации, в конечном счете дав начало скоплениям галактик, самых больших объектов в известной вселенной. С массами, сопоставимыми с миллионами миллиардов солнц, кластеры могут содержать до тысячи галактик, огромное количество темной материи, гигантские черные дыры и рентгеновский излучающий газ, который достигает температур более миллиона градусов.
Современная теория и компьютерные модели предполагают, что протокластеры, столь же массивные, как наблюдаемые ALMA, должны были потратить гораздо больше времени, чтобы развиться.
"Как это собрание галактик стало настолько быстро крупным, это немного загадка, оно не создавалось постепенно за миллиарды лет, как могут ожидать астрономы", - сказал Тим Миллер, докторант в Йельском университете и соавтор доклада.
"Это открытие дает невероятную возможность изучить, как галактические скопления и их крупные галактики собрались вместе в таких экстремальных условиях".
Этот конкретный галактический протокластер, обозначенный SPT2349-56, впервые был отмечен как слабое пятно миллиметрового света в 2010 году с помощью Южного полюсного телескопа Национального научного фонда. Последующие наблюдения с помощью телескопа Atacama Pathfinder Experiment (APEX) помогли подтвердить, что он был на самом деле чрезвычайно далеким галактическим источником и заслуживает последующих наблюдений с ALMA. Высокое разрешение и чувствительность ALMA позволили астрономам различать не менее 14 отдельных объектов в удивительно малой области пространства, подтверждая, что объект был архетипическим примером протокластера на очень ранней стадии развития.
Экстремальное расстояние и четко определенные компоненты этого кластера предлагают астрономам беспрецедентную возможность изучить некоторые из первых шагов формирования кластеров менее чем через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва. Используя данные ALMA в качестве исходных условий для сложного компьютерного моделирования, исследователи смогли продемонстрировать, как эта текущая коллекция галактик будет расти и развиваться в течение миллиардов лет.
"ALMA дала нам в первый раз ясную отправную точку для предсказания эволюции скопления галактик. Со временем 14 наблюдаемых нами галактик прекратят формировать звезды и будут сталкиваться и сливаться в одну гигантскую галактику", - сказал Чепмен.
Это исследование представлено в статье под названием "Массивное ядро для скопления галактик с красным смещением 4.3" Т.Б. Miller, et al., которая появилась в журнале Nature.