Astronomové zkoumají zrod kupy galaxií v mladém vesmíru

Kupy galaxií, jak již naznačuje název, jsou shlukem velkého počtu galaxií – někdy může jít až o tisíce galaxií. Tyto galaktické shluky obsahují množství látky označované jako „mezigalaktické médium“ (intracluster medium, ICM) – plynu, který vyplňuje prostor mezi galaxiemi v kupě. Ve skutečnosti tento plyn svojí hmotností významně převyšuje galaxie samotné. 

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 z univerzity v italském Trieste.

Sunyaev-Zeldovichův efekt

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. „Snaha o získání takto klíčového pozorování nás donutila pečlivě vybrat jednoho z nejslibnějších kandidátů.“ 

Oním kandidátem se stala protokupa Pavučina, kterou pozorujeme tak, jak vypadala, když byl vesmír jen tři miliardy let starý. Přestože se jedná o jeden z nejintenzivněji zkoumaných objektů tohoto typu, ICM se zde až doposud 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. 

Zrození masivní kupy galaxií

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.

TIP: Srážka kup galaxií vyvolala rázové vlny o průměru 1,6 milionu světelných let

Tony Mroczkowski, vědecký pracovník ESO a spoluautor článku, k tomu 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."