Astronomii au asistat la nașterea unui roi de galaxii îndepărtat din Universul timpuriu

Cu ajutorul Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), la care ESO este partener, astronomii au descoperit un mare rezervor de gaz fierbinte în roiul de galaxii încă în formare din jurul galaxiei Spiderweb (Pânză de păianjen) – cea mai îndepărtată detectare a unui astfel de gaz fierbinte de până acum.

Roiurile de galaxii sunt unele dintre cele mai mari obiecte cunoscute în Univers, iar acest rezultat, publicat în Nature, dezvăluie cât de devreme încep să se formeze aceste structuri.

• Cum au trecut razele cosmice prin atmosfera Pământului acum 41.000 de ani?
• Ce s-a întâmplat după ce oamenii de știință au declanșat mini-cutremure în laborator

După cum sugerează și numele, roiurile de galaxii găzduiesc un număr mare de galaxii – uneori chiar mii. Acestea conțin, de asemenea, un vast „mediu intracluster” (ICM) de gaz care pătrunde în spațiul dintre galaxiile din roi. Acest gaz depășește, de fapt, în mod considerabil galaxiile.

O mare parte din fizica roiurilor de galaxii este bine înțeleasă; cu toate acestea, observațiile asupra primelor faze de formare a ICM rămân rare.

Anterior, ICM a fost studiat doar în roiurile de galaxii apropiate complet formate. Detectarea ICM în roiurile de galaxii aflate încă în formare – ar permite astronomilor să surprindă aceste roiuri în primele etape de formare.

Roiurile de galaxii sunt unele dintre cele mai mari obiecte cunoscute în Univers

O echipă condusă de Luca Di Mascolo, primul autor al studiului și cercetător la Universitatea din Trieste, Italia, a dorit să detecteze ICM într-un protocluster din stadiile timpurii ale Universului.

Roiurile de galaxii sunt atât de masive încât pot aduna gaze care se încălzesc pe măsură ce cad spre roi. „Simulările cosmologice au prezis prezența gazului fierbinte în protoclustere de mai bine de un deceniu, dar confirmările observaționale au lipsit”, explică Elena Rasia, cercetător la Institutul Național Italian de Astrofizică (INAF) din Trieste, Italia, și co-autor al studiului.

„Urmărirea unei astfel de confirmări observaționale cheie ne-a determinat să selectăm cu atenție unul dintre cei mai promițători protoclusteri candidați”. Acesta a fost roiul Spiderweb, situat într-o epocă în care Universul avea doar 3 miliarde de ani. În ciuda faptului că a fost cel mai intens studiat protocluster, prezența ICM a rămas evazivă.

Descoperirea unui rezervor mare de gaz fierbinte în protoclusterul Spiderweb ar indica faptul că sistemul este pe cale să devină un roi de galaxii propriu-zis, de lungă durată, în loc să se disperseze.

Roiurile găzduiesc chiar și mii de galaxii

Echipa lui Di Mascolo a detectat ICM prin ceea ce este cunoscut sub numele de efectul termic Sunyaev-Zeldovich (SZ). Acest efect apare atunci când lumina din fondul cosmic de microunde – radiația relicvă de la Big Bang – trece prin ICM.

Atunci când această lumină interacționează cu electronii care se mișcă rapid în gazul fierbinte, ea capătă puțină energie și culoarea sau lungimea de undă se schimbă ușor. ,,La lungimile de undă potrivite, efectul SZ apare astfel ca un efect de umbrire a unui grup de galaxii asupra fondului cosmic de microunde”, explică Di Mascolo, potrivit EurekAlert.

Prin măsurarea acestor umbre pe fondul cosmic de microunde, astronomii pot, prin urmare, să deducă existența gazului fierbinte, să estimeze masa acestuia și să îi cartografieze forma.

Ei au determinat că protoclusterul Spiderweb conține un rezervor vast de gaz fierbinte la o temperatură de câteva zeci de milioane de grade Celsius. Anterior, în acest protocluster fusese detectat gaz rece, dar masa gazului fierbinte descoperit în acest nou studiu o depășește de mii de ori. Această descoperire arată că protoclusterul Spiderweb este într-adevăr așteptat să se transforme într-un roi de galaxii masive în aproximativ 10 miliarde de ani, crescându-și masa de cel puțin zece ori.

Roiurile de galaxii pot aduna gaze care se încălzesc pe măsură ce cad spre roi

Tony Mroczkowski, co-autor al lucrării și cercetător la ESO, explică faptul că ,,acest sistem prezintă contraste uriașe. Componenta termică fierbinte va distruge o mare parte din componenta rece pe măsură ce sistemul evoluează, iar noi suntem martorii unei tranziții delicate”. El concluzionează că ,,oferă o confirmare observațională a predicțiilor teoretice de lungă durată despre formarea celor mai mari obiecte legate gravitațional din Univers”.

Aceste rezultate contribuie la stabilirea bazelor pentru sinergiile dintre ALMA și viitorul telescop extrem de mare (ELT ) al ESO, care ,,va revoluționa studiul structurilor precum Spiderweb”, spune Mario Nonino, co-autor al studiului și cercetător la Observatorul Astronomic din Trieste.

ELT și instrumentele sale de ultimă generație, cum ar fi HARMONI și MICADO, vor fi capabile să privească în interiorul protoclusterilor și să ne vorbească în detaliu despre galaxiile din cadrul acestora. Împreună cu capacitățile ALMA de a urmări ICM în formare, acest lucru va oferi o privire crucială asupra asamblării unora dintre cele mai mari structuri din Universul timpuriu.

Această cercetare a fost publicată în Nature.

Vă recomandăm să mai citiți și:

Riscul ca un asteroid să lovească Pământul ar putea fi mai mare decât ne-am aștepta

Astrofizicienii „cântăresc” roiurile de galaxii cu ajutorul Inteligenței Artificiale

Un nou observator spațial va detecta asteroizii ascunși de strălucirea Soarelui

Astrofizicienii „cântăresc” roiurile de galaxii cu ajutorul Inteligenței Artificiale