Ученые напрямую наблюдали горячий внутрикластерный газ в протоскоплении SPT2349-56 при красном смещении 4,3, что ставит под сомнение существующие теоретические модели формирования скоплений галактик. Используя Большой Атакамский миллиметровый/субмиллиметровый массив (ALMA), исследовательская группа обнаружила тепловой эффект Сюняева-Зельдовича (SZ), явление, при котором фотоны космического микроволнового фона рассеиваются горячими электронами во внутрикластерной среде (ICM). Это наблюдение, о котором сообщается в журнале Nature, указывает на наличие значительного количества горячего газа, примерно 10^61 эрг тепловой энергии, в ядре SPT2349-56.

Это открытие предоставляет важную информацию о ранних стадиях сборки скоплений галактик. Скопления галактик, крупнейшие гравитационно связанные структуры во Вселенной, содержат огромные количества горячего газа, известного как ICM, который составляет значительную часть барионной массы скопления. Космологическое моделирование предполагает, что масса и температура ICM должны уменьшаться в более ранние времена, поскольку газ все еще находится в процессе сборки и нагрева. Однако наблюдение горячего ICM в такую раннюю эпоху (z=4,3) предполагает, что значительные механизмы нагрева уже действовали гораздо раньше, чем предполагалось ранее.

"Это измерение подразумевает тепловую энергию примерно в 10 раз больше, чем должна производить одна только гравитация", - заявили исследователи в своей публикации в Nature, подчеркнув неожиданное содержание энергии ICM в SPT2349-56. Протоскопление, расположенное примерно в 12 миллиардах световых лет от нас, также содержит большой резервуар молекулярного газа и три радиогромких активных ядра галактик (AGN) в относительно небольшой области около 100 килопарсек. Эти AGN могут способствовать нагреву ICM посредством мощных оттоков и излучения.

Эффект Сюняева-Зельдовича, ключ к этому открытию, является мощным инструментом для обнаружения горячего газа в скоплениях галактик. Он возникает из-за обратного комптоновского рассеяния фотонов космического микроволнового фона (CMB) горячими электронами в ICM. Это рассеяние вызывает небольшое искажение в спектре CMB, которое может быть обнаружено чувствительными радиотелескопами, такими как ALMA. Сила эффекта SZ напрямую связана с тепловым давлением ICM, обеспечивая измерение его температуры и плотности.

Последствия этого открытия распространяются на наше понимание процессов, которые управляют формированием и эволюцией скоплений галактик. Раннее присутствие горячего ICM предполагает, что механизмы обратной связи, такие как от AGN, могут играть более значительную роль в нагреве газа, чем считалось ранее. Эти процессы обратной связи могут регулировать звездообразование внутри скопления и влиять на общее распределение материи во Вселенной.

Будущие исследования будут сосредоточены на изучении других протоскоплений с высоким красным смещением, чтобы определить, является ли ранний нагрев ICM общим явлением или уникальным для SPT2349-56. Дальнейшие наблюдения с помощью ALMA и других телескопов помогут охарактеризовать свойства ICM в этих системах и определить источники нагрева. Эти исследования предоставят ценные ограничения на космологическое моделирование и помогут уточнить наше понимание сложного взаимодействия между гравитацией, газовой динамикой и процессами обратной связи в ранней Вселенной.