Ученые напрямую наблюдали горячий внутрикластерный газ в протоскоплении под названием SPT2349-56 на красном смещении 4,3, в период, когда возраст Вселенной составлял менее 1,5 миллиардов лет, используя Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Это открытие, о котором сообщается в Nature, бросает вызов существующим теоретическим моделям формирования скоплений галактик и нагрева внутрикластерной среды (ICM).

Наблюдение стало возможным благодаря обнаружению теплового эффекта Сюняева-Зельдовича (SZ), явления, при котором фотоны от космического микроволнового фона (CMB) получают энергию, проходя через горячие электроны в ICM. Этот эффект предоставляет прямой способ исследования горячего газа, пронизывающего скопления галактик. SPT2349-56, расположенный в ранней Вселенной, содержит значительный резервуар молекулярного газа и три активных ядра галактик (AGN) в относительно небольшой области размером примерно 100 килопарсек.

Измеренная тепловая энергия в ядре SPT2349-56 составляет примерно 10^61 эрг, что примерно в десять раз больше, чем можно было бы ожидать от одной только гравитации. Это говорит о том, что значительные механизмы нагрева действовали очень рано в процессе формирования скопления. Согласно исследовательской работе, этот вывод противоречит текущим теоретическим ожиданиям, которые предсказывают снижение массы и температуры ICM в более ранние времена, поскольку газ все еще находится в процессе сборки и нагрева.

Скопления галактик являются крупнейшими известными гравитационно связанными структурами во Вселенной. Они содержат сотни или даже тысячи галактик, погруженных в диффузную плазму горячего газа, ICM. Эта ICM содержит большую часть барионной материи (обычной материи, состоящей из протонов и нейтронов) в скоплении и нагревается до температуры в миллионы градусов Кельвина. Понимание того, как формируется и развивается ICM, имеет решающее значение для понимания общей эволюции Вселенной.

Космологическое моделирование уже давно используется для моделирования формирования скоплений галактик. Эти моделирования предсказывают, что ICM должна быть менее массивной и более холодной в более ранние времена, поскольку газ все еще аккрецирует на скопление и нагревается гравитационными процессами и обратной связью от AGN. Однако новое наблюдение SPT2349-56 предполагает, что существенный нагрев может происходить гораздо раньше, чем предполагалось ранее, потенциально из-за интенсивной активности AGN внутри протоскопления.

Последствия этого открытия значительны для нашего понимания формирования скоплений галактик. Это говорит о том, что процессы, нагревающие ICM, такие как обратная связь AGN, могут быть более эффективными или более распространенными в ранней Вселенной, чем предполагалось ранее. Необходимы дальнейшие наблюдения за аналогичными протоскоплениями на больших красных смещениях, чтобы подтвердить эти результаты и лучше понять механизмы, которые приводят к раннему нагреву ICM. Эти наблюдения могут включать использование других телескопов и инструментов для более детального изучения свойств газа и галактик внутри SPT2349-56.