Благодаря квазару, выступающему в роли ориентира, исследователи выявили в ранней Вселенной обширный протокластер — предшественник огромного скопления галактик, которое впоследствии станет самым крупным из обнаруженных на сегодняшний день.
Квазары представляют собой активные ядра галактик, что подразумевает наличие сверхмассивных черных дыр, поглощающих значительный объем вещества. Согласно современным представлениям, в ранней Вселенной объекты подобной массы должны были быть окружены обширными гало, состоящими из темной материи. Гравитационное воздействие таких структур чрезвычайно велико. Следовательно, вблизи ярких квазаров можно выявлять будущие скопления галактик. Новым исследованием эти вопросы и рассматриваются.
В качестве объекта наблюдений для группы ученых был выбран квазар J0910-0414, который они сами обнаружили в 2019 году в ходе поиска квазаров, существовавших в эпоху реионизации. Красное смещение этого квазара составляет 6,64, что указывает на то, что после Большого взрыва прошло примерно 826 миллионов лет.
По мнению исследователей, это один из самых мощных квазаров того времени, содержащий сверхмассивную черную дыру массой около 3,59 миллиарда солнечных масс. К слову, масса сверхмассивной черной дыры, расположенной в центре нашей галактики Млечный Путь, составляет 4,297 миллиона солнечных масс.
Существенным фактором является то, что при красном смещении квазара он оказывается доступным для методов, направленных на обнаружение областей с повышенной плотностью вещества. Благодаря этому исследователи смогли изучить его окрестности, проведя наблюдения в различных диапазонах длин волн с использованием обсерватории Кека, телескопа «Субару», Магеллановых телескопов и радиотелескопов ALMA. Астрономы выявили большое количество объектов, расположенных вблизи квазара».
«Этот протокластер отличается внушительными размерами. Если сопоставить его с другими протокластерами, которые обычно занимают лишь несколько угловых минут, то разница будет очевидна. Его размеры занимают несколько десятков угловых минут», — прокомментировал открытие главный автор исследования Фейдж Ван (Feige Wang) из Аризонского университета (США). Угловая минута — одна шестидесятая градуса на небесной сфере.
Вблизи квазара исследователи обнаружили три галактики, одна из которых является спутником галактики, содержащей квазар. Все они поместились в одном изображении, полученном с помощью телескопа ALMA, что указывает на исключительную концентрацию вещества в данном регионе. По оценкам специалистов, плотность оказалась на три порядка выше, чем предполагалось для «пустой» области.
На протяжении нескольких десятков мегапарсеков (область обозначена на иллюстрации желтым прямоугольником размером 35 на 74 мегапарсека) астрономы идентифицировали дополнительные 12 «уплотнений», для которых спектроскопически подтверждено красное смещение, превышающее 6,5. Исходя из этого, можно предположить, что они существовали одновременно с квазаром в определенный период развития Вселенной.
Плотность центральной области протоскопления, окружающего квазар, приблизительно в семь раз превышает среднюю плотность протоскоплений в эпоху, когда возраст Вселенной составлял 3,3 миллиарда лет (красное смещение равно 2).
Авторы полагают, что в настоящий момент эта область представляет собой скопление галактик с общей массой приблизительно 6,9 квадриллона (6,9 x 10^15) солнечных масс, что в три раза превышает массу скопления Волос Вероники. Работа выложена в открытый доступ на arXiv и принята к публикации в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Данное исследование подтвердило эффективность метода выявления протоскоплений по квазарам в ранней Вселенной. Наблюдения за окрестностями других подобных объектов, вероятно, позволят обнаружить еще более крупные протоскопления и понять, как они влияют на развитие отдельных галактик.
Наличие столь массивного скопления галактик в относительно ранний период, а также аномально высокая плотность материи в этой области космоса порождают сразу две проблемы. Первая заключается в том, как столь развитые галактические структуры могли сформироваться так быстро, поскольку это противоречит стандартной космологической модели, согласно которой для создания крупных структур во Вселенной требуется значительное время. Вторая проблема – указывает ли такая концентрация материи на то, что данная область Вселенной не является изотропной, то есть обладает чем-то вроде выделенного «центра», где сосредоточено больше вещества и темной материи, чем в других областях?