Використовуючи квазар як маяк, вчені знайшли у молодому Всесвіті великий протокластер — зачаток гігантського скупчення галактик, яке стане найбільшим із відомих у сучасному Всесвіті.
Квазари – активні ядра галактик, тобто надмасивні чорні дірки, що поглинають велику кількість матерії. Вважається, що у молодому Всесвіті такі масивні об’єкти неминуче мають бути оточені масивним гало з темної матерії. Гравітаційне тяжіння таких областей є колосальним. Отже, поруч із яскравими квазарами можна шукати майбутні скупчення галактик. Саме цим зайнялися автори нової роботи.
Об’єктом спостережень групи вчених став квазар J0910-0414, відкритий ними у 2019 році в рамках пошуку квазарів епохи реіонізації. Червоне усунення цього квазара – 6,64, з Великого вибуху на той момент пройшло близько 826 мільйонів років.
За оцінкою вчених, це один із найбільших квазарів тієї епохи з масою надмасивної чорної діри приблизно 3,59 мільярда сонячних мас. Для порівняння: маса надмасивної чорної діри в центрі Чумацького Шляху – 4,297 мільйона сонячних мас.
Важливо, що за такого червоного зсуву квазар потрапляє в поле зору методів пошуку областей із вищою щільністю речовини. Тому вчені змогли вивчити його околиці, провівши дослідження на різних довжинах хвиль за допомогою обсерваторії Кека, телескопа “Субару”, Магелланових телескопів і радіотелескопів ALMA. Астрономи знайшли у квазара безліч “сусідів”.
«Цей протокластер величезний. Порівняйте його розміри на небі з іншими протокластерами, які займають лише кілька кутових хвилин. У цьому кілька десятків кутових хвилин», – прокоментував відкриття головний автор дослідження Фейдж Ван (Feige Wang) з університету Арізони (США). Кутова хвилина – одна шістдесята градуса на небесній сфері.
У безпосередній близькості до квазара автори роботи знайшли три галактики, одна з яких — супутник галактики з квазаром. Вони вмістилися в один знімок спостережень ALMA, що говорить про надзвичайну щільність речовини в цій галузі. За словами вчених, на три порядки більше, ніж очікувалося від «порожньої» області.
На відстані кількох десятків мегапарсеків (на ілюстрації ця область відзначена жовтим прямокутником, 35 на 74 мегапарсеки) астрономи знайшли ще 12 спектроскопічно підтверджених «ущільнень» із червоним усуненням більше ніж 6,5. Це означає, що вони, мабуть, співіснують із квазаром в одну епоху Всесвіту.
Щобільше, центральна область протоскоплення навколо квазара приблизно в сім разів щільніша, ніж у середньому у протоскоплень за часів, коли Всесвіту було вже 3,3 мільярда років (червоне усунення 2).
Загалом, за оцінкою авторів, сьогодні ця область має бути скупченням галактик загальною масою близько 6,9 квадриллону (6,9×10^15) сонячних мас, втричі масивніше скупчення Волос Вероніки. Робота викладена у відкритий доступ на arXiv і прийнята до публікації в журналі The Astrophysical Journal Letters.
Цим дослідженням вчені довели спроможність методу пошуку протоскопа по квазарах в молодому Всесвіті. Можливо, в результаті спостережень за околицями інших таких об’єктів вдасться знайти ще більші протоскопи та розібратися в їхньому впливі на еволюцію окремих галактик.
Існування настільки величезного скупчення в порівняно ранню епоху, а також і аномально висока щільність матерії в цій частині Всесвіту створює відразу два питання. Перший: яким чином настільки проеволюціоновані галактичні скупчення могли виникнути так рано, адже це несумісно зі стандартною космологічною моделлю, за якою утворення великих структур Всесвіту потребує величезного часу? Другий: чи не каже наявність такої насиченої матерією частини Всесвіту про те, що вона не ізотропна, тобто має щось на кшталт виділеного «центру», де речовини та темної матерії більше, ніж у решті місць?