Zrod kupy galaxií v mladém vesmíru pozorují astronomové radioteleskopem ALMA

Kupy galaxií patří k největším strukturám ve vesmíru a tyto nové výsledky, publikované v časopise Nature, dále poodhalují, jak brzy v historii vývoje vesmíru se tyto útvary začaly formovat.

Kupy galaxií, jak již naznačuje název, jsou shlukem značného počtu galaxií - někdy to mohou být i tisíce. Obsahují také množství látky označované jako 'mezigalaktické médium' (intracluster medium, ICM) - plynu, který vyplňuje prostor mezi galaxiemi v kupě.

Ve skutečnosti ale tento plyn svojí hmotností významně převyšuje galaxie samotné. Myslíme si, že většinu fyziky popisující kupy galaxií, dobře chápeme. Pozorování raných fází formování oblaků mezigalaktického média jsou však vzácná. 

Související

Jiří Kostka

Astronomové vyřešili záhadu vesmírného objektu…

Marek Kuřina

Československá fotografie vzácného úkazu uspěla v…

Až dosud byly oblaky ICM zkoumány pouze v plně vyvinutých blízkých kupách galaxií. Detekce ICM ve vzdálených protokupách – na počátku jejich vývoje – by astronomům umožnila sledovat jejich vznik v raných fázích vývoje vesmíru. A přesně takové pozorování se podařilo vědeckému týmu, který vedl Luca Di Mascolo (University of Trieste, Itálie).

Kupy galaxií jsou natolik hmotné, že mohou hromadit plyn a ten se při pohybu do centra kupy ohřívá. „Kosmologické simulace předpovídají přítomnost horkého plynu v protokupách již déle než desetiletí, ale stále scházely pozorovací důkazy,“ upozorňuje spoluautorka studie astrofyzička Elena Rasia (Italian National Institute for Astrophysics, INAF, Trieste, Itálie).

„Snaha o získání takto klíčového pozorování nás donutila pečlivě vybrat jednoho z nejslibnějších kandidátů.“ Stala se jím protokupa Pavučina (Spiderweb proto-cluster), kterou pozorujeme tak, jak vypadala, když byl vesmír jen 3 miliardy let starý. Přestože se jedná o jeden z nejintenzivněji zkoumaných objektů tohoto typu, ICM se zaznamenat nedařilo. Nalezení rozsáhlého rezervoáru horkého plynu v protokupě Pavučina by ukázalo, že systém je spíše na cestě stát se plnohodnotnou trvalou kupou, než aby se rozpadl.

Luca Di Mascolo a jeho tým detekovali mezigalaktické médium v protokupě Pavučina prostřednictvím procesu známého jako Sunyaev-Zeldovichův efekt. Dochází k němu, když mikrovlnné záření kosmického pozadí – reliktní záření velkého třesku – prochází ICM.

Fotony reliktního záření interagují s rychle se pohybujícími elektrony v horkém plynu a získají trochu energie navíc, mírně se tak změní jejich vlnová délka. „Na vhodných vlnových délkách se tento efekt projevuje tak, jako by kupa galaxií stínila záření kosmického pozadí,“ vysvětluje Luca Di Mascolo.

Měřením zastínění reliktního záření astronomové mohou odhalit přítomnost horkého plynu, odhadnout jeho hmotnost a zmapovat jeho rozložení. „Díky mimořádné rozlišovací schopnosti a citlivosti je observatoř ALMA jediným zařízením, které je v současnosti schopné provést takové měření pro vzdálené předchůdce hmotných kup galaxií,“ upozorňuje Luca Di Mascolo.

Vědci zjistili, že protokupa Pavučina obsahuje obrovský rezervoár horkého plynu, jehož teplota se pohybuje v desítkách milionů stupňů Celsia. V minulosti byl již v této protokupě detekován chladný plyn, ale hmotnost horkého plynu nalezeného v této nové studii je tisíckrát vyšší. Na základě těchto výsledků astronomové předpokládají, že se protokupa Pavučina přibližně za 10 miliard let skutečně vyvine v masivní kupu galaxií, přičemž její hmotnost naroste nejméně desetkrát.

Tony Mroczkowski, vědecký pracovník ESO a spoluautor článku, dodává: „V tomto systému pozorujeme ohromné kontrasty. Horká tepelná složka zničí velkou část chladné složky během dalšího vývoje a my jsme svědky této pozvolné přeměny. Naše pozorování potvrzují správnost teoretických předpovědí popisujících vznik těch největších gravitačně vázaných útvarů ve vesmíru."

Tyto výsledky také pomáhají položit základy budoucí synergie mezi ALMA a připravovaným novým velkým teleskopem ESO/ELT (Extremely Large Telescope). „Společná práce těchto dvou zařízení způsobí revoluci ve studiu kosmických struktur, jako je Pavučina,“ očekává Mario Nonino (Astronomical Observatory of Trieste, Itálie), vědecký pracovník a spoluautor studie.

ELT a jeho špičkové přístroje, HARMONI a MICADO, budou schopné nahlédnout do nitra protokup a zjistit podrobnosti o galaxiích, které je tvoří. Spolu se schopností ALMA sledovat formující se oblaky mezigalaktického média poskytnou zásadní informace o evoluci velkých struktur v raném vesmíru.

Zdroj: Nature, ESO