Korzystając z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) astronomowie odkryli wielki rezerwuar gorącego gazu w nadal powstającej gromadzie galaktyk wokół Galaktyki Sieci Pajęczej (Spiderweb). To najodleglejsza jak dotąd detekcja tak gorącego gazu. Gromady galaktyk to jedne z największych znanych obiektów we Wszechświecie, a wyniki opublikowane dzisiaj w „Nature” pokazują, jak wcześnie takie struktury zaczęły powstawać.
Gromady galaktyk, tak jak nazwa sugeruje, zawierają dużą liczbę galaktyk – czasami nawet tysiące. Mogą także obejmować olbrzymi gazowy „ośrodek wewnątrzgromadowy” (ang. intracluster medium, w skrócie ICM), który przenika przestrzeń pomiędzy galaktykami w gromadzie. W rzeczywistości ten gaz znacząco przewyższa masą same galaktyki.
Ten obraz pokazuje protogromadę wokół galaktyki MRC 1138-262, widzianą w czasie, gdy Wszechświat miał zaledwie 3 miliardy lat. Większość masy w protogromadzie nie znajduje się w galaktykach widocznych w centrum obrazu, lecz w gazie znanym jako ICM. Gorący gaz w ICM jest pokazany jako nałożony niebieski obłok. Gdy promieniowanie reliktowe z Wielkiego Wybuchu przechodzi przez ICM, zyskuje energię, gdy oddziałuje z elektronami w gorącym gazie. Jest to znane jako efekt Siuniajewa-Zeldowicza. Badając ten efekt, astronomowie mogą wywnioskować, jak dużo gorącego gazu znajduje się w ICM i pokazać, że protogromada jest w trakcie procesu przekształcania się w masywną gromadę utrzymywaną razem przez własną grawitację.
Wcześniej ICM był badany jedynie w pełni uformowanych, pobliskich gromadach galaktyk. Wykrycie ICM w odległej protogromadzie – czyli ciągle będącej w stadium formowania się – pozwoli astronomom na sprawdzenie takich gromad we wczesnych stadiach ich ewolucji.
Gromady galaktyk są tak masywne, że gromadzą gaz, który rozgrzewa się i spada w kierunku gromady. „Symulacje kosmologiczne od ponad dekady przewidywały występowanie gorącego gazu w protogromadach, ale brakowało obserwacyjnego potwierdzenia” wyjaśnia Elena Rasia, badaczka z Italian National Institute for Astrophysics (INAF) w Trieste (Włochy), współautorka badań. „Dążenie do takiego kluczowego potwierdzenia obserwacyjnego doprowadziło nas do starannego wybrania jednej z najbardziej obiecujących kandydatek na protogromadę.”
Zespół badawczy Di Mascolo wykrył ICM w protogromadzie Spiderweb przy pomocy tzw. termicznego efektu Suniajewa-Zeldowicza. Efekt ten występuje, gdy światło od kosmicznego promieniowania tła – promieniowanie reliktowe Wielkiego Wybuchu – przechodzi przez ICM. Gdy światło oddziałuje z szybko poruszającymi się elektronami w gorącym gazie, uzyskuje nieco energii i jego barwa (czyli długość fali) nieco się zmienia. „Na właściwych długościach fali efekt Suniajewa-Zeldowicza ujawnia się jako efekt cienia gromady galaktyk na kosmicznym mikrofalowym promieniowaniu tła” tłumaczy Di Mascolo.
Mierząc te cienie, astronomowie mogą wywnioskować istnienie gorącego gazu, oszacować jego masę i wykonać mapę kształtu. „Dzięki niezrównanej rozdzielczości i czułości, ALMA jest jedynym urządzeniem zdolnym obecnie do wykonywania tego typu pomiarów dla odległych poprzedniczek masywnych gromad” wskazuje Di Mascolo.
Badacze ustalili, że protogromada Spiderweb zawiera olbrzymi rezerwuar gorącego gazu o temperaturze kilkudziesięciu milionów stopni Celsjusza. Wcześniej w tej gromadzie wykryto zimny gaz, ale masa gorącego gazu przewyższa go tysiące razy. Wyniki pokazują, że protogromada Spiderweb faktycznie może przekształcić się w masywną gromadę galaktyk w ciągu około 10 miliardów lat, zwiększając masę co najmniej o czynnik dziesięć.
Tony Mroczkowski, współautor publikacji, naukowiec z ESO, wskazuje, że „system ten wykazuje gigantyczne kontrasty. Wraz z ewolucją systemu, gorący termiczny składnik zniszczy większość zimnego składnika, a my jesteśmy świadkami delikatnego przejścia.” Podsumowuje, iż “dostarcza to obserwacyjnego potwierdzenia istniejących od dawna przewidywań teoretycznych na temat powstawania największych związanych grawitacyjnie obiektów we Wszechświecie.”
