Странна структура в ранната Вселена е невероятно гореща и не се знае защо

Млад галактичен клъстер в ранната Вселена опровергава представите за това как тези огромни структури са се образували и еволюирали. Газът, който изпълва този клъстер, наречен SPT2349-56, е много по-горещ и по-изобилен, отколкото би трябвало да бъде, и изследователите не са сигурни защо.

SPT2349-56 е забелязан за първи път през 2010 г. при наблюдения от телескопа "Южен полюс" в Антарктида, и още тогава става ясно, че е необичаен. Последващи наблюдения, публикувани през 2018 г., потвърждават, че обектът е клъстер от повече от 30 галактики, които бурно образуват звезди със скорост 1000 пъти по-голяма от скоростта на звездообразуване в Млечния път и се движат една към друга, насочени към сблъсък.

Тъй като тази изключителна драма се е разигравала в ранната Вселена, преди около 12,4 милиарда години, астрономите са смятали, че тя вероятно ще даде някои насоки за еволюцията на галактиките в критичен момент от историята на Вселената.

Художествена интерпретация на протоклъстера от галактики SPT2349-56, група от над дузина взаимодействащи галактики в ранната Вселена. Астрономите са наблюдавали протоклъстера в оптично, инфрачервено и милиметрово лъчение и са определили, че няколко галактики-членки са "субмилиметрови галактики", сред най-ярките, бързо образуващи звезди галактики, известни досега. Кредит: ESO/M. Kornmesser

Клъстерът е наблюдаван от Дажи Джоу (Dazhi Zhou) от Университета на Британска Колумбия в Канада и неговите колеги с помощта на Големия милиметров/субмилиметров масив в Атакама (ALMA) в Чили, и са установили, че към центъра му, вътрешноклъстерният газ има температура от поне няколко десетки милиона градуса.

"Температурата на повърхността на слънцето е няколко хиляди градуса по Целзий, така че цялата тази област е по-гореща от слънцето, обяснява Джоу. "Според нашите консервативни изчисления, формацията е от 5 до 10 пъти по-гореща от очакваното въз основа на симулации – това е много изненадващо, защото се очакваше този вид горещ газ да съществува милиарди години по-късно."

Изображение в фалшиви цветове на далечната инфрачервена емисия от масивния протоклъстер от галактики SPT2349-56 (в кръга), датиращ от епохата около 1,4 милиарда години след Големия взрив. Кредит: NASA/ESA/Herschel; Miller et a

SPT2349-56 се намира в ранната Вселена, около 1.4 милиарда години след Големия взрив. Гравитационното нагряване на галактичен клъстер би трябвало да е бавен процес, който отнема милиарди години, за да достигне температурния режим на SPT2349-56.

"Този ​​вид газ би трябвало все още да е хладен и в по-малко количество, защото тези малки клъстери все още в процес на натрупване и нагряване на газа си", посочва Джоу. Този куп, единственият по рода си, забелязан досега, изглежда много по-стар, отколкото би трябвало.

Екипът е търсел да открие изкривяване, наречено ефект на Суняев-Зелдович, причинено от електрони в горещ газ между галактиките в клъстер, взаимодействащи с фотоните на реликтовото лъчение на космическия микровълнов фон (CMB). Тъй като реликтовият фон е достатъчно гладък, тези смущения създават контраст, който може да бъде открит и измерен.

Космическият микровълнов фон достига до нас от края на горещата фаза на Големия взрив на Вселената и може да се наблюдава по цялото небе. Изследваната галактика хвърля сянка върху това фоново лъчение при дължини на вълните, свързани с излъчването от водни молекули. Тази информация може да се използва за получаване на измерване на температурата на космическата фонова радиация по времето, когато е преминала тази далечна галактика, на около 1 милиард години след Големия взрив. Кредит: MPIA Графичен отдел, използвайки данни от ESA/Planck; вложка: D. Riechers, Universität zu Köln

В пространството на галактическия клъстер повишената гравитация от движещите се една към друга галактики действа върху газа вътре във вътрешноклъстерната среда като го свива и ускорява, което увеличава енергията му.

SPT2349-56 е изключителен пример за галактически клъстер в ранната Вселена, както по размер, така и по звездообразуване, а предишни измервания разкриват голямо количество молекулярен газ между тях. Джоу и колегите му изследват този газ, за ​​да определят какво може да ни каже за динамиката в клъстера.

Странната топлина на клъстера може да се дължи на наличието на няколко особено активни галактики сред членовете му, включително поне три, които изхвърлят огромни струи енергия. Тези струи, както и честите изблици на звездообразуване, биха могли да нагреят газа много по-бързо, отколкото се предполагаше преди.

Илюстрация на молекулярен газ във вътрешноклъстерната среда на SPT2349-56. Кредит: MPIfR/N.Sulzenauer/ALMA

Сигналът на Суняев-Зелдович от ALMA не е бил не само ясен, а и мощен. Анализът разкрива недвусмислен термичен подпис от горещи електрони, с температури над 10 милиона Келвина. Въпреки че изследователите са се надявали на ранно откриване на топла вътрешноклъстерна среда, това далеч надмина очакванията.

"Разбирането на галактическите клъстери е ключът към разбирането на най-големите галактики във Вселената", коментира съавторът астрофизикът Скот Чапман (Scott Chapman) от университета Далхузи.

"Това е нов прозорец, показващ фаза от еволюцията на клъстерите, каквато никога преди не сме виждали", заявява Джоу.

Той и екипът му планират последващи наблюдения, за да търсят още горещи, млади клъстери като този, с надеждата да разберат доколко всъщност това е необичайно.

Справка: Zhou, D., Chapman, S.C., Aravena, M. et al. Sunyaev–Zeldovich detection of hot intracluster gas at redshift 4.3. Nature (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09901-3

Източници: 

Weird clump in the early universe is piping hot and we don’t know why,  New Scientist

Impossibly Hot Object Discovered 1.4 Billion Years After The Big Bang, Michelle Starr

Още по темата

10/12/2025

Космос

"Космографията със закъснение във времето" засилва напрежението на Хъбъл

15/04/2025

Космос

Открита е липсващата половина от водороден газ във Вселената. Първи автор на статията е българка

10/01/2023

Космос

Разкрити са тайните на загадъчните радиомехури около свръхмасивна черна дупка

07/02/2022

Космос

Космически облак вода разкри температурата на Вселената преди 13 милиарда години