eso2304 — Tlačová správa (vedecká)

Astronómovia sú svedkami zrodu veľmi vzdialenej kopy galaxií v mladom vesmíre

29. marec 2023

Astronómovia pomocou rádioteleskopu ALMA, ktorého európskym partnerom je ESO, objavili rozsiahly rezervoár horúceho plynu v rodiacej sa kope galaxií obklopujúcej rovnomennú galaxiu Pavučina – Spiderweb. Prvýkrát sa podarilo pozorovať takto horúci plyn v takej veľkej vzdialenosti. Kopy galaxií patria k najväčším štruktúram vo vesmíre a tieto nové výsledky, publikované v časopise Nature, ďalej poodhaľujú, ako skoro v histórii vývoja vesmíru sa tieto útvary začali formovať.

Kopy galaxií, ako už naznačuje názov, obsahujú značný počet galaxií – niekedy to môžu byť aj tisíce. Obsahujú tiež množstvo látky označovanej ako ‚medzigalaktické médium‘ (intracluster medium, ICM) – plynu, ktorý vypĺňa priestor medzi samotnými galaxiami v kope. V skutočnosti ale tento plyn svojou hmotnosťou významne prevyšuje galaxie samotné. Myslíme si, že väčšinu fyziky popisujúcej kopy galaxií, dobre chápeme. Pozorovanie raných fáz formovania oblakov medzigalaktického média sú však vzácne.

Doteraz boli oblaky ICM skúmané iba v plne vyvinutých blízkych kopách galaxií. Detekcia ICM vo vzdialených protokopách – na začiatku ich vývoja – by astronómom umožnila študovať ich vznik v raných fázach vývoja vesmíru. A presne také pozorovanie sa podarilo skupine vedcov, ktorý viedol Luca Di Mascolo (University of Trieste, Taliansko).

Kopy galaxií sú natoľko hmotné, že môžu hromadiť plyn a ten sa pri pohybe do centra kopy ohrieva. „Kozmologické simulácie predpovedajú prítomnosť horúceho plynu v protokopách už viac ako desať rokov, ale stále chýbali pozorovacie dôkazy,“ upozorňuje spoluautorka štúdie astrofyzička Elena Rasia (Italian National Institute for Astrophysics, INAF, Trieste, Taliansko). „Snaha o získanie takto kľúčového pozorovania nás donútila starostlivo vybrať jedného z najsľubnejších kandidátov.“ Stala sa ním protokopa Pavučina (Spiderweb proto-cluster), ktorú pozorujeme v takej podobe, v ktorej sa nachádzala, keď mal vesmír len 3 miliardy rokov. Napriek tomu, že sa jedná o jeden z najintenzívnejšie skúmaných objektov tohto typu, ICM sa zaznamenať nedarilo. Nájdenie rozsiahleho rezervoáru horúceho plynu v protokope Pavučina by ukázalo, že systém je skôr na ceste stať sa plnohodnotnou trvalou kopou, namiesto toho, aby sa rozpadla.

Luca Di Mascolo a jeho spolupracovníci detekovali medzigalaktické médium v protokope Pavučina prostredníctvom procesu známeho ako Sunyaev-Zeldovichov efekt. Dochádza k nemu, keď mikrovlnné žiarenie kozmického pozadia – reliktné žiarenie veľkého tresku – prechádza cez ICM. Fotóny reliktného žiarenia interagujú s rýchlo sa pohybujúcimi elektrónmi v horúcom plyne a získajú trochu energie navyše, mierne sa tak zmení ich vlnová dĺžka. „Na vhodných vlnových dĺžkach sa tento efekt prejavuje tak, ako by kopa galaxií tienila žiareniu kozmického pozadia,“ vysvetľuje Luca Di Mascolo.

Meraním zatienenia reliktného žiarenia astronómovia môžu odhaliť prítomnosť horúceho plynu, odhadnúť jeho hmotnosť a zmapovať jeho rozloženie. „Vďaka mimoriadnej rozlišovacej schopnosti a citlivosti je observatórium ALMA jediným zariadením, ktoré je v súčasnosti schopné vykonať takéto meranie pre vzdialených predchodcov hmotných kôp galaxií,“ upozorňuje Luca Di Mascolo.

Astronómovia zistili, že protokopa Pavučina obsahuje obrovský rezervoár horúceho plynu, ktorého teplota sa pohybuje v desiatkach miliónov stupňov Celzia. V minulosti bol už v tejto protokope detekovaný chladný plyn, ale hmotnosť horúceho plynu nájdeného v tejto novej štúdii je tisíckrát vyššia. Na základe týchto výsledkov astronómovia predpokladajú, že sa protokopa Pavučina približne za 10 miliárd rokov skutočne zmení na masívnu kopu galaxií, pričom jej hmotnosť narastie najmenej desaťkrát.

Tony Mroczkowski, vedecký pracovník ESO a spoluautor článku, dodáva: „V tomto systéme pozorujeme ohromné kontrasty. Horúca tepelná zložka zničí veľkú časť chladnej zložky počas ďalšieho vývoja a my sme svedkami tejto pozvoľnej premeny. Naše pozorovania potvrdzujú správnosť teoretických predpovedí popisujúcich vznik tých najväčších gravitačne viazaných útvarov vo vesmíre.“

Tieto výsledky tiež pomáhajú položiť základy budúcej synergie medzi ALMA a pripravovaným novým veľkým teleskopom ESO/ELT (Extremely Large Telescope). „Spoločná práca týchto dvoch zariadení spôsobí revolúciu v štúdiu kozmických štruktúr, ako je Pavučina,“ očakáva Mario Nonino (Astronomical Observatory of Trieste, Taliansko), vedecký pracovník a spoluautor štúdie. ELT a jeho špičkové prístroje, HARMONI a MICADO, budú schopné nahliadnuť do vnútra protokôp a zistiť podrobnosti o galaxiách, ktoré ich tvoria. Spolu so schopnosťou ALMA sledovať formujúce sa oblaky medzigalaktického média poskytnú zásadné informácie o evolúcii veľkých štruktúr v ranom vesmíre.

——————-
More information

This research was presented in the paper “Forming intracluster gas in a galaxy protocluster at a redshift of 2.16” to appear in Nature (doi: 10.1038/s41586-023-05761-x)

The team is composed of Luca Di Mascolo (Astronomy Unit, University of Trieste, Italy [UT]; INAF – Osservatorio Astrofisico di Trieste, Italy [INAF Trieste]; IFPU – Institute for Fundamental Physics of the Universe, Italy [IFPU]), Alexandro Saro (UT; INAF Trieste; IFPU; INFN – Sezione di Trieste, Italy [INFN]), Tony Mroczkowski (European Southern Observatory, Germany [ESO]), Stefano Borgani (UT; INAF Trieste; IFPU; INFN), Eugene Churazov (Max-Planck-Institute für Astrophysik, Germany; Space Research Institute, Russia), Elena Rasia (INAF Trieste; IFPU), Paolo Tozzi (INAF – Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Italy), Helmut Dannerbauer (Instituto de Astrofísica de Canarias, Spain; Universidad de La Laguna, Spain), Kaustuv Basu (Argel ander Institute for Astronomy, University of Bonn, Germany), Christopher L. Carilli (National Radio Astronomy Observatory, USA), Michele Ginolfi (ESO; Dipartimento di Fisica e Astronomia, University of Florence, Italy), 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, Denmark; Niels Bohr Institute, Denmark)

The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an international astronomy facility, is a partnership of ESO, the U.S. National Science Foundation (NSF) and the National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan in cooperation with the Republic of Chile. ALMA is funded by ESO on behalf of its Member States, by NSF in cooperation with the National Research Council of Canada (NRC) and the National Science and Technology Council (NSTC) in Taiwan and by NINS in cooperation with the Academia Sinica (AS) in Taiwan and the Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). ALMA construction and operations are led by ESO on behalf of its Member States; by the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), managed by Associated Universities, Inc. (AUI), on behalf of North America; and by the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) on behalf of East Asia. The Joint ALMA Observatory (JAO) provides the unified leadership and management of the construction, commissioning and operation of ALMA.
——————–
Contacts

Luca Di Mascolo
University of Trieste
Trieste, Italy
Email: luca.dimascolo@units.it

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

Alexandro Saro
University of Trieste
Trieste, Italy
Email: asaro@units.it

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

Pôvodný článok: https://www.eso.org/public/news/eso2304/

 

ESO*lar