Используя квазар в качестве маяка, ученые нашли в молодой Вселенной большой протокластер — зачаток гигантского скопления галактик, которое станет крупнейшим из известных в современной Вселенной.
Квазары — активные ядра галактик, то есть сверхмассивные черные дыры, поглощающие большое количество материи. Считается, что в молодой Вселенной такие массивные объекты неизбежно должны быть окружены массивным гало из темной материи. Гравитационное притяжение таких областей колоссально. Значит, рядом с яркими квазарами можно искать будущие скопления галактик. Именно этим занялись авторы новой работы.
Объектом наблюдений группы ученых стал квазар J0910-0414, открытый ими же в 2019 году в рамках поиска квазаров эпохи реионизации. Красное смещение этого квазара — 6,64, с Большого взрыва на тот момент прошло около 826 миллионов лет.
По оценке ученых, это один из самых крупных квазаров той эпохи с массой сверхмассивной черной дыры примерно 3,59 миллиарда солнечных масс. Для сравнения: масса сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути — 4,297 миллиона солнечных масс.
Немаловажно, что при таком красном смещении квазар попадает в поле зрения методов поиска областей с более высокой плотностью вещества. Поэтому ученые смогли изучить его окрестности, проведя исследования на разных длинах волн с помощью обсерватории Кека, телескопа «Субару», Магеллановых телескопов и радиотелескопов ALMA. Астрономы нашли у квазара множество «соседей».
«Этот протокластер огромен. Сравните его размеры на небе с другими протокластерами, которые обычно занимают лишь несколько угловых минут. В этом несколько десятков угловых минут», — прокомментировал открытие главный автор исследования Фейдж Ван (Feige Wang) из Аризонского университета (США). Угловая минута — одна шестидесятая градуса на небесной сфере.
В непосредственной близости от квазара авторы работы нашли три галактики, одна из которых — спутник галактики с квазаром. Они уместились в один «снимок» наблюдений ALMA, что говорит о чрезвычайной плотности вещества в этой области. По словам ученых, на три порядка больше, чем ожидалось от «пустой» области.
На расстоянии нескольких десятков мегапарсеков (на иллюстрации эта область отмечена желтым прямоугольником, 35 на 74 мегапарсека) астрономы нашли еще 12 спектроскопически подтвержденных «уплотнений» с красным смещением больше 6,5. Это означает, что они, вероятно, сосуществуют с квазаром в одну эпоху Вселенной.
Более того, центральная область протоскопления вокруг квазара примерно в семь раз плотнее, чем в среднем у протоскоплений во времена, когда Вселенной было уже 3,3 миллиарда лет (красное смещение 2).
В общем, по оценке авторов, сегодня эта область должна быть скоплением галактик общей массой около 6,9 квадриллона (6,9 x 10^15) солнечных масс, в три раза массивнее скопления Волос Вероники. Работа выложена в открытый доступ на arXiv и принята к публикации в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Этим исследованием ученые доказали состоятельность метода поиска протоскоплений по квазарам в молодой Вселенной. Возможно, в результате наблюдений за окрестностями других таких объектов удастся найти еще более крупные протоскопления и разобраться в их влиянии на эволюции отдельных галактик.
Существование настолько огромного скопления в сравнительно раннюю эпоху, а равно и аномально высокая плотность материи в этой части Вселенной создает сразу два вопроса. Первый: каким образом настолько проэволюционировавшие галактические скопления могли возникнуть так рано, ведь это несовместимо со стандартной космологической моделью, по которой образование крупных структур по Вселенной требует огромного времени? Второй: не говорит ли наличие такой насыщенной материей части Вселенной о том, что она не изотропна, то есть имеет что-то вроде выделенного «центра», где вещества и темной материи больше, чем в остальных местах?
