Слишком быстрый гигант: «Джеймс Уэбб» и «Чандра» нашли протоскопление галактик, которое не должно было существовать на заре Вселенной

Этот потрясающий снимок демонстрирует то, что астрономы считают самым далеким из когда-либо найденных протоскоплений галактик. Оно хранит в себе очень важную подсказку об истории Вселенной.

Расположенное в 12,7 миллиарда световых лет от Земли, протоскопление, получившее обозначение JADES-ID1, предстает на этом изображении в виде россыпи светящихся точек и пятен, вкрапленных в огромное голубое облако.

Протоскопление — это, по сути, скопление галактик в младенчестве. Это область с большим количеством молодых галактик, которые стягиваются вместе силой гравитации и находятся внутри огромного облака раскаленного газа. Скопления галактик представляют собой огромные структуры, объединяющие от сотен до тысяч галактик, удерживаемых вместе гравитацией. Протоскопление же показывает, как такая крупная структура формируется и растет.

Однако в протоскоплениях галактики связаны друг с другом не так плотно, как в зрелых скоплениях. Кроме того, окружающий горячий газ, который обычно позволяет легко обнаруживать скопления, еще недостаточно развит, чтобы излучать detectable рентгеновские лучи. Поэтому обнаружение протоскопления — сложная задача.

Ученые обнаружили JADES-ID1, используя самые глубокие наблюдения двух мощных телескопов: рентгеновской обсерватории «Чандра» (Chandra) и космического телескопа имени Джеймса Уэбба (JWST). Инфракрасные инструменты Уэбба обнаружили в этой области как минимум 66 галактик, удерживаемых вместе гравитацией. Поскольку JADES-ID1 обладало достаточной массой, чтобы нагреть окружающий газ до очень высоких температур, «Чандра» зафиксировала рентгеновское излучение от огромного облака горячего газа, вмещающего все эти галактики. Это стало дополнительным доказательством того, что все эти галактики являются частью единой структуры.

На аннотированной версии изображения некоторые из отдельных галактик, идентифицированных инфракрасными наблюдениями Уэбба, обведены кружками. Неоново-голубая область представляет собой горячий газ, обнаруженный «Чандрой» в рентгеновском диапазоне.

Настоящая загадка этого открытия кроется в его месте на временной шкале истории Вселенной. Астрономы выяснили, что масса JADES-ID1 составляет 20 триллионов масс Солнца, а его протяженность — около 1,1 миллиона световых лет. Большинство моделей эволюции Вселенной предсказывают, что такое массивное протоскопление не должно было сформироваться ранее, чем через 2-3 миллиарда лет после Большого взрыва. Однако, к удивлению ученых, JADES-ID1 существовало, когда Вселенной было всего около одного миллиарда лет.

«Возможно, это самое далекое подтвержденное протоскопление из когда-либо виденных, — заявил ведущий автор исследования Акош Богдан из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA). — JADES-ID1 дает нам новое доказательство того, что Вселенная очень торопилась взрослеть».

Астрономы теперь задаются вопросом, как это протоскопление смогло сформироваться так быстро. Согласно текущим моделям, в первый миллиард лет существования Вселенной просто не было достаточно времени или достаточного количества галактик, чтобы такая крупная структура, как эта, могла собраться воедино.

Исследование было опубликовано 28 января в журнале Nature.

Открытие JADES-ID1 ставит перед космологами ряд фундаментальных вопросов. Если такие массивные структуры могли формироваться всего через миллиард лет после Большого взрыва, это означает, что процессы образования первых галактик протекали гораздо интенсивнее и быстрее, чем считалось ранее. Возможно, ученым придется пересмотреть модели формирования крупномасштабной структуры Вселенной и роль темной материи в этом процессе.

Тот факт, что протоскопление было обнаружено благодаря совместной работе «Уэбба» (видящего сквозь пыль в инфракрасном диапазоне) и «Чандры» (фиксирующей рентгеновское излучение перегретого газа), подчеркивает важность многоканальной астрономии. Горячий газ, окружающий галактики в JADES-ID1, — это ключевое свидетельство того, что структура уже начала превращаться в полноценное гравитационно связанное скопление.

Дальнейшие наблюдения за JADES-ID1, в том числе с помощью наземных телескопов, помогут астрономам понять химический состав этого газа и скорость звездообразования в молодых галактиках. Это, в свою очередь, даст ответ на вопрос, был ли этот космический «гигант» просто аномалией или же ранняя Вселенная была населена множеством подобных структур, которые мы только начинаем замечать благодаря новому поколению телескопов.