NASA mierzy masę ekstremalnie masywnej młodej gromady galaktyk

821ee19c73076a9074fe1f4f0b493d5a_L

Astronomowie w oparciu o dane z trzech największych obserwatoriów NASA wykonali jak dotąd najbardziej szczegółowe badania ekstremalnie masywnej młodej gromady galaktyk. Gromada znajdująca się 10 miliardów lat świetlnych od Ziemi ma masę 500 bilionów mas Słońca. Obiekt ten istotnie wpływa na nasze zrozumienie w jaki sposób powstawały i ewoluowały tego typu megastruktury we wczesnym Wszechświecie.

Gromada galaktyk o nazwie IDCS J1426.5+3508 (w skrócie IDCS 1426) jest od nas na tyle oddalona, że odbierane od niej światło zostało wyemitowane, gdy Wszechświat miał zaledwie 1/4 swojego obecnego wieku. To najmasywniejsza gromada galaktyk odkryta w tak wczesnym Wszechświecie.

Po raz pierwszy odkryta przez Kosmiczny Teleskop Spitzer w 2012 roku, gromada IDCS 1426 obserwowana była przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a oraz Obserwatorium Keck na Mauna Kea na Hawajach w celu określenia jej odległości od Ziemi.  Obserwacje przeprowadzone przez Combined Array for Milimeter Wave Astronomy wskazywały, że gromada była ekstremalnie masywna. Nowe dane dostarczone przez Obserwatorium Rentgenowskie Chandra potwierdzają masę tej gromady galaktyk oraz fakt, że 90% tej masy stanowi ciemna materia, tajemnicza substancja odkryta jak dotąd tylko pośrednie poprzez swoje przyciąganie grawitacyjne oddziałujące na normalną materię składającą się z atomów.

„Tym odkryciem naprawdę przesuwamy granice,” mówi Mark Brodwin z University of Missouri w Kansas City, który kierował badaniami. „Jako jedna z najwcześniejszych masywnych struktur, które powstały we Wszechświecie, ta gromada bardzo wysoko ustawia poprzeczkę dla teorii, które próbują wyjaśnić ewolucje gromad i galaktyk.”

Gromady galaktyk to największe obiekty we Wszechświecie utrzymywane grawitacyjnie. Ze względu na ich olbrzymie rozmiary naukowcy uważają, że ich powstanie powinno zająć kilka miliardów lat. Odległość IDCS 1426 sprawia, że astronomowie obserwują jak ona wyglądała gdy Wszechświat miał zaledwie 3.8 miliarda lat co oznacza, że gromada jest bardzo młoda.

Dane zebrane przez obserwatorium Chandra odkrywają jasne węzły promieniowania rentgenowskiego w pobliżu środka gromady, jednak nie dokładnie w jej centrum. To niesamowicie gęste jądro zostało zostało wyrwane z centrum gromady prawdopodobnie w wyniku połączenia z inną rozwijającą się gromadą 500 milionów lat wcześniej. Takie połaczenie mogłoby sprawić, ze emitujący promieniowanie rentgenowskie gorący gaz zostałby zaburzony.

„Połączenia z innymi grupami i gromadami galaktyk powinny być dużo bardziej powszechne na wczesnych etapach rozwoju Wszechświata,” powiedział współautor opracowania Michael McDonald z MIT w Cambridge. „Najprawdopodobniej tego rodzaju proces odegrał istotną rolę w gwałtownym uformowaniu się tej młodej gromady.”

Poza jądrem, w pozostałej części gromady gorący gaz wydaje się równomiernie i symetrycznie rozłożony. To kolejna wskazówka tego, że IDCS 1426 powstała bardzo szybko. Co więcej astronomowie znaleźli dowody na to, że ilość pierwiastków cięższych od wodoru i helu w gorącym gazie jest wyjątkowo niska. To wskazuje na fakt, że ta gromada galaktyk może wciąż wzbogacać się o cięższe pierwiastki wraz z kolejnymi wybuchami supernowych do których dochodzi w należących do gromady galaktykach.

„Obecność masywnych gromad galaktyk we wczesnym Wszechświecie nie wpływa na nasze rozumienie kosmologii,” powiedział współautor opracowania Anthony Gonzalez z University of Florida w Gainesville. „Jednocześnie daje nam to dużo więcej informacji pozwalających na doprecyzowanie naszych modeli.”

Mamy także dowody na występowanie innych masywnych gromad galaktyk we wczesnym Wszechświecie, jednak żadna z nich nie dorównuje obiektowi IDCS 1426 pod kątem dużej masy i młodego wieku. Do określenia masy użyto trzech niezależnych metod.

Wyniki badań zostały zaprezentowane podczas 227. spotkania American Astronomical Society w Kissimmee na Florydzie. Artykuł opisujący te wyniki został zaakceptowany do publikacji w czasopiśmie The Astrophysical Journal i jest dostępny online.

Źródło: NASA/JPL