Нове дослідження, опубліковане в The Astrophysical Journal Letters, повідомляє, що група міжнародних дослідників під керівництвом Інституту фізики та математики Всесвіту Кавлі (Kavli IPMU) виявила найдавніші ознаки певних частин Всесвіту, які були нагріті до температури, подібні до температури міжгалактичного газового середовища, де зараз перебуває більшість атомів у Всесвіті.
Переважну більшість усіх атомів у Всесвіті, приблизно 90%, можна знайти в міжгалактичному газі, який заповнює простір між видимими галактиками. Зараз це міжгалактичне середовище перебуває в гарячому та складному стані з температурами від 100 000 градусів за Цельсієм до понад 10 мільйонів градусів за Цельсієм, яке дослідники називають «тепло-гарячим міжгалактичним середовищем» (WHIM).
Однак більше ніж 10 мільярдів років тому, коли галактики у Всесвіті були на піку формування своїх зірок, більша частина міжгалактичного середовища існувала при порівняно нижчих температурах менше ніж 10 000 градусів за Цельсієм, створюючи більш передбачувану та стабільну фазу.
Міжнародна група дослідників на чолі з аспірантом Кавлі IPMU Чензе Донгом і асистентом проєкту професором Хі-Ган Лі виявили найвіддаленішу ділянку Всесвіту, нагріту до температур, більш характерних для сучасного WHIM, у той час, коли Всесвіту було лише 3 мільярди років. . Цей регіон являє собою гігантське скупчення галактик, відоме як «COSTCO-I», протокластер галактик із загальною масою понад 400 трильйонів маси Сонця та розміром у кілька мільйонів світлових років у поперечнику, який також був відкритий Лі та команда дослідників Kavli IPMU у 2022 році.
На цьому малюнку порівнюється спостережуване поглинання водню поблизу протокластера галактики COSTCO-I (верхня панель) у порівнянні з очікуваним поглинанням за наявності протокластеру, Зазвичай велика маса та розмір протокластерів галактик відкидають велику тінь при спостереженні за певною довжиною хвилі 121,6 нанометрів, викликану поглинанням нейтрального водню, пов’язаного з газом протокластерів. Але на місці COSTCO-I не було знайдено тіні поглинання.
«Ми були здивовані відсутністю, тому що поглинання водню є одним із поширених способів пошуку протокластерів галактик, а інші протокластери поблизу COSTCO-I справді показують цей сигнал поглинання», — сказав Донг.
Відсутність нейтрального водню, що слідує за протокластером, вказує на те, що газ у протокластері повинен бути нагрітий, можливо, на мільйон градусів вище холодного стану, очікуваного для міжгалактичного середовища на той час у Всесвіті.
«Якщо ми думаємо про сучасне міжгалактичне середовище як про гігантське космічне рагу, яке кипить і піниться, то COSTCO-I, ймовірно, є першою бульбашкою в далекому минулому, яку астрономи спостерігали протягом епохи, коли більша частина каструлі була ще холодною. «, — сказав Лі.
«Властивості та походження WHIM зараз залишаються одним із найбільших питань астрофізики, і можливість зазирнути до одного з ранніх місць нагріву WHIM допоможе виявити механізми, які спричинили кипіння міжгалактичного газу в сучасну піну. Є кілька варіантів того, як це може статися, але це може бути або газ, який нагрівається, коли вони стикаються один з одним під час гравітаційного колапсу, або гігантські радіоджети можуть викачувати енергію з надмасивних чорних дір у протокластері», — сказав він.
«COSTCO-I навіть цікавий з точки зору еволюції протокластерів. Астрономи зазвичай шукають протокластери в галактиках або міжгалактичному середовищі, щоб знайти їх. Однак COSTCO-I неможливо знайти цими традиційними методами. Майбутнє дослідження PFS зможе шукати більше таких протокластерів, як-от COSTCO-I, і розкривати їх еволюцію», — сказав співавтор і науковий співробітник JSPS за кордоном Ріеко Момосе.
Міжгалактичне середовище являє собою газовий резервуар, що живить сировиною галактики, і гарячий газ поводиться по-різному від холодного газу тим, наскільки легко вони можуть проникати в галактики, утворюючи зірки. Можливість безпосередньо вивчати зростання WHIM у ранньому Всесвіті дозволила б астрономам створити цілісну картину формування галактики та життєвого циклу газу, який її живить.
Наразі астрономи Kavli IPMU беруть активну участь у розробці нового потужного мультиоб’єктного спектрографа для 8,2-метрового телескопа Subaru на Маунакеа, відомого як Subaru Prime Focus Spectrograph (PFS). За допомогою Subaru PFS астрономи зможуть нанести на карту в 40 разів більші об’єми, ніж у поточному дослідженні, і вивчити властивості газу в сотнях протокластерів галактик.