Komunikat prasowy

Astronomowie świadkami narodzin bardzo odległej gromady galaktyk z wczesnego Wszechświata

29 marca 2023

Korzystając z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), w której ESO jest partnerem, astronomowie odkryli wielki rezerwuar gorącego gazu w nadal powstającej gromadzie galaktyk wokół Galaktyki Sieci Pajęczej (Spiderweb). To najodleglejsza jak dotąd detekcja tak gorącego gazu. Gromady galaktyk to jednej z największych znanych obiektów we Wszechświecie, a wyniki opublikowane dzisiaj w „Nature” pokazują jak wcześnie takie struktury zaczęły powstawać.

Gromady galaktyk, tak jak nazwa sugeruje, zawierają dużą liczbę galaktyk – czasami nawet tysiące. Mogą także obejmować olbrzymi gazowy „ośrodek wewnątrzgromadowy” (ang. intracluster medium, w skrócie ICM), który przenika przestrzeń pomiędzy galaktykami w gromadzie. W rzeczywistości ten gaz znacząco przewyższa masą same galaktyki. Rozumiemy już sporo fizyki gromad galaktyk, jednak obserwacje najwcześniejszych etapów powstawania ICM są nadal rzadkie.

Wcześniej ICM był badany jedynie w pełni uformowanych, pobliskich gromadach galaktyk. Wykrycie ICM w odległej protogromadzie – czyli ciągle będącej w stadium formowania się – pozwoli astronomom na sprawdzenie takich gromad we wczesnych stadiach ich ewolucji. Zespół, którym kieruje Luca Di Mascolo, pierwszy autor badań, pracujący na University of Trieste we Włoszech, postanowił wykryć ICM w protogromadzie z wczesnego Wszechświata.

Gromady galaktyk są tak masywne, że gromadzą gaz, który rozgrzewa się i spada w kierunku gromady. „Symulacje kosmologiczne od ponad dekady przewidywały występowanie gorącego gazu w protogromadach, ale brakowało obserwacyjnego potwierdzenia” wyjaśnia Elena Rasia, badaczka z Italian National Institute for Astrophysics (INAF) w Trieste (Włochy), współautorka badań. „Dążenie do takiego kluczowego potwierdzenia obserwacyjnego doprowadziło nas do starannego wybrania jednej z najbardziej obiecujących kandydatek na protogromadę.” Była to protogromada o nazwie Spiderweb (Sieć Pajęcza), znajdująca się w epoce, w której Wszechświat miał zaledwie 3 miliardy lat. Pomimo, iż to najbardziej intensywnie badana protogromada, istnienie ośrodka ICM pozostawało niepotwierdzone. Znalezienie wielkiego rezerwuaru gazu w protogromadzie Spiderweb oznaczałoby, że ten system nie rozproszy się, a jest na drodze stania się właściwą, długowieczną gromadą galaktyk.

Zespół badawczy Di Mascolo wykrył ICM w protogromadzie Spiderweb przy pomocy tzw. termicznego efektu Suniajewa-Zeldowicza. Efekt ten występuje, gdy światło od kosmicznego promieniowania tła – promieniowanie reliktowe od Wielkiego Wybuchu – przechodzi przez ICM. Gdy światło oddziałuje z szybko poruszającymi się elektronami w gorącym gazie, uzyskuje nieco energii i jego barwa (czyli długość fali) nieco się zmienia. „Na właściwych długościach fali efekt Suniajewa-Zeldowicza ujawnia się jako efekt cienia gromady galaktyk na kosmicznym mikrofalowym promieniowaniu tła” tłumaczy Di Mascolo. 

Mierząc te cienie astronomowie mogą wywnioskować istnienie gorącego gazu, oszacować jego masę i wykonać mapę kształtu. „Dzięki niezrównanej rozdzielczości i czułości, ALMA jest jedynym urządzeniem zdolnym obecnie do wykonywania tego typu pomiarów dla odległych poprzedniczek masywnych gromad” wskazuje Di Mascolo.

Badacze ustalili, że protogromada Spiderweb zawiera olbrzymi rezerwuar gorącego gazu o temperaturze kilkudziesięciu milionów stopni Celsjusza. Wcześniej w tej gromadzie wykryto zimny gaz, ale masa gorącego gazu przewyższa go tysiące razy. Wyniki pokazują, że protogromada Spiderweb faktycznie może przekształcić się w masywną gromadę galaktyk w ciągu około 10 miliardów lat, zwiększając masę co najmniej o czynnik dziesięć.

Tony Mroczkowski, współautor publikacji, naukowiec z ESO, wskazuje, że „system ten wykazuje gigantyczne kontrasty. Wraz z ewolucją systemu, gorący termiczny składnik zniszczy większość zimnego składnika, a my jesteśmy świadkami delikatnego przejścia.” Podsumowuje, iż “dostarcza to obserwacyjnego potwierdzenia istniejących od dawna przewidywań teoretycznych na temat powstawania największych związanych grawitacyjnie obiektów we Wszechświecie.”

Uzyskane wyniki pomogą w położeniu podwalin pod synergie pomiędzy ALMA, a nadchodącym Ekstremalnie Wielkim Teleskopem (ELT), który „zrewolucjonizuje badania struktur takich, jak Spiderweb,” jak wskazuje Mario Nonino, współautor badań, naukowiec z Astronomical Observatory of Trieste. ELT i jego najnowocześniejsze instrumenty, takie jak HARMONI i MICADO, będą w stanie zerknąć na protogromady i szczegółowo opowiedzieć nam o galaktykach w nich zawartych. Razem z możliwościami ALMA w śledzeniu powstawania ICM, dostarczy to kluczowego spojrzenia na tworzenie się jednych z największych struktur we wczesnym Wszechświecie.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. „Forming intracluster gas in a galaxy protocluster at a redshift of 2.16”, który ukaże się w Nature (doi: 10.1038/s41586-023-05761-x)

Skład zespołu badawczego: Luca Di Mascolo (Astronomy Unit, University of Trieste, Włochy [UT]; INAF – Osservatorio Astrofisico di Trieste, Włochy [INAF Trieste]; IFPU – Institute for Fundamental Physics of the Universe, Włochy [IFPU]), Alexandro Saro (UT; INAF Trieste; IFPU; INFN – Sezione di Trieste, Włochy [INFN]), Tony Mroczkowski (European Southern Observatory, Niemcy [ESO]), Stefano Borgani (UT; INAF Trieste; IFPU; INFN), Eugene Churazov (Max-Planck-Institute für Astrophysik, Germany; Space Research Institute, Rosja), Elena Rasia (INAF Trieste; IFPU), Paolo Tozzi (INAF – Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Włochy), Helmut Dannerbauer (Instituto de Astrofísica de Canarias, Spain; Universidad de La Laguna, Spain), Kaustuv Basu (Argel ander Institute for Astronomy, University of Bonn, Niemcy), Christopher L. Carilli (National Radio Astronomy Observatory, USA), Michele Ginolfi (ESO; Dipartimento di Fisica e Astronomia, University of Florence, Włochy), George Miley (Leiden Observatory, Leiden University, Netherlands), Mario Nonino (UT), Maurilio Pannella (UT; INAF Trieste; IFPU), Laura Pentericci (INAF – Osservatorio Astronomico di Roma, Italy), Francesca Rizzo (Cosmic Dawn Center, Dania; Niels Bohr Institute, Dania).

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) jest międzynarodowym kompleksem badawczym w ramach partnerstwa pomiędzy ESO, U.S. National Science Foundation (NSF) oraz National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan, we współpracy z Chile. ALMA jest finansowana przez ESO w imieniu Krajów Członkowskich, przez NSF we współpracy z National Research Council of Canada (NRC) i National Science Council of Taiwan (NSC) oraz przez NINS we współpracy z Academia Sinica (AS) na Tajwanie i Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). Budowa i zarządzanie ALMA są kierowane przez ESO w imieniu Krajów Członkowskich, przez National Radio Astronomy Observatory (NRAO), zarządzane przez Associated Universities, Inc. (AUI), w imieniu Ameryki Północnej oraz przez National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) w imieniu Azji Wschodniej. Joint ALMA Observatory (JAO) umożliwia zunifikowane kierowanie i zarządzanie budową, testowaniem i działaniem ALMA.

Linki

• Publikacja naukowa
• Zdjęcia ALMA
• Dowiedz się więcej o Ekstremalnie Wielkim Teleskopie (ELT)
• Dla dziennikarzy: subscribe to receive our releases under embargo in your language
• Dla naukowców: got a story? Pitch your research

Kontakt

Luca Di Mascolo
University of Trieste
Trieste, Italy
E-mail: luca.dimascolo@units.it

Tony Mroczkowski
European Southern Observatory
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6174
E-mail: tony.mroczkowski@eso.org

Alexandro Saro
University of Trieste
Trieste, Italy
E-mail: asaro@units.it

Juan Carlos Muñoz Mateos
ESO Media Officer
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6176
E-mail: press@eso.org

Krzysztof Czart (press contact Polska)
ESO Science Outreach Network and Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
Email: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych

Jest to tłumaczenie Komunikatu prasowego ESO eso2304