Ученые напрямую наблюдали горячий внутрикластерный газ в протокластере SPT2349-56 при красном смещении 4,3, что ставит под сомнение существующие теоретические модели формирования скоплений галактик. Используя комплекс Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), исследователи обнаружили тепловой эффект Сюняева-Зельдовича (SZ), признак горячего газа, в этом раннем скоплении галактик.

Наблюдение, подробно описанное в недавней публикации в журнале Nature, показывает тепловую энергию примерно 10^61 эрг в ядре SPT2349-56. Этот уровень энергии примерно в десять раз выше, чем можно было бы ожидать от одних только гравитационных сил. Согласно исследованию, это предполагает, что значительные механизмы нагрева действовали очень рано в процессе формирования кластера, потенциально перегревая внутрикластерную среду (ICM) до ее полного формирования.

Внутрикластерная среда, состоящая из горячего (10^7 K) газа, содержит большую часть барионов, или обычного вещества, внутри скоплений галактик. Космологическое моделирование ранее предполагало, что масса и температура ICM должны уменьшаться в более ранние времена во Вселенной, поскольку газ все еще находится в процессе сборки и нагрева. До этого открытия надежные обнаружения горячей ICM ограничивались системами с красным смещением 2 или выше, что оставляло неопределенность в отношении сроков и механизмов сборки ICM.

SPT2349-56, расположенный при красном смещении 4,3, содержит значительный резервуар молекулярного газа и три радиогромких активных ядра галактик (AGN) в области, охватывающей примерно 100 килопарсек. Эти характеристики делают его уникальной средой для изучения раннего формирования кластеров. Обнаружение эффекта SZ в этом протокластере предоставляет прямое доказательство того, что значительный нагрев может происходить гораздо раньше, чем предполагалось ранее.

Эффект Сюняева-Зельдовича — это явление, при котором фотоны космического микроволнового фона (CMB) рассеиваются горячими электронами в ICM, что приводит к искажению спектра CMB. Измеряя это искажение, ученые могут сделать вывод о температуре и плотности горячего газа.

«Это открытие дает важную информацию о ранних стадиях формирования скоплений галактик», — сказал один из ведущих исследователей проекта. «Это говорит о том, что текущие теоретические модели, возможно, необходимо пересмотреть, чтобы учесть быстрый нагрев, наблюдаемый в этой системе».

Полученные данные имеют значение для нашего понимания того, как галактики и крупномасштабные структуры формировались в ранней Вселенной. Присутствие такой горячей ICM в эту раннюю эпоху предполагает, что процессы обратной связи, такие как процессы от AGN, могли играть более значительную роль в регулировании роста галактик и скоплений, чем считалось ранее.

Будущие исследования будут сосредоточены на изучении других протокластеров с высоким красным смещением, чтобы определить, является ли быстрый нагрев, наблюдаемый в SPT2349-56, распространенным явлением или выбросом. Дальнейшие наблюдения с помощью ALMA и других телескопов планируются для изучения свойств ICM и роли AGN в нагреве газа. Эти исследования помогут уточнить наше понимание сложных процессов, которые сформировали Вселенную, которую мы наблюдаем сегодня.