Kozmikus anomália: A korai univerzum óriása, amely átírja a csillagászat szabályait
Egy különös „árnyék”, amely az ősrobbanás után visszamaradt halvány derengésre vetül, egy olyan gigantikus objektumot tárt fel a korai univerzumban, amely ellentmond a világegyetem fejlődésére vonatkozó eddigi előrejelzéseinknek.
A felfedezés középpontjában az SPT2349-56 jelű galaxishalmaz áll. Az objektumot mindössze 1,4 milliárd évvel az ősrobbanás után észlelték, ám a benne lévő gáz sokkal forróbb, mint amilyennek lennie kellene. A galaxishalmazok gravitációs fűtése elvileg egy lassú folyamat, amelynek évmilliárdokig kellene tartania ahhoz, hogy elérje azt a hőmérsékleti tartományt, amelyet az SPT2349-56-nál tapasztaltak.
Egy váratlanul forró légkör
„Nem számítottunk rá, hogy a kozmikus történelem ilyen korai szakaszában ilyen forró halmazlégkört lássunk” – mondta Dazhi Zhou, a kanadai British Columbia Egyetem asztrofizikus doktorandusza.
A kutató kezdetben szkeptikus volt a jelet illetően, mivel az túlságosan erősnek tűnt ahhoz, hogy valóságos legyen. Hónapokig tartó ellenőrzés után azonban a csapat megerősítette: a gáz legalább ötször forróbb a vártnál, sőt, forróbb és energetikusabb, mint amit sok mai galaxishalmazban tapasztalunk.
A „kozmikus árnyék” nyomában
Az SPT2349-56-ot először 2010-ben észlelték az Antarktiszon található Déli-sark Távcsővel (South Pole Telescope). A 2018-ban közzétett utólagos megfigyelések megerősítették, hogy az objektum több mint 30 galaxisból álló halmaz, amelyek a Tejútrendszernél ezerszer gyorsabban termelik a csillagokat, és ütközési pályán száguldanak egymás felé.
Mivel ez az extrém dráma mintegy 12,4 milliárd évvel ezelőtt zajlott le, a csillagászok úgy vélték, fontos nyomokat szolgáltathat a galaxisok fejlődéséről az univerzum történetének kritikus időszakában. Zhou és nemzetközi csapata a rendkívül érzékeny ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) teleszkóprendszert használta a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás (CMB) vizsgálatára.
A kutatók az úgynevezett Sunyaev-Zeldovich-jelet keresték. Ez egy olyan torzulás, amelyet a galaxisok közötti forró gázban lévő elektronok okoznak, amikor kölcsönhatásba lépnek a háttérsugárzás fotonjaival. Mivel a háttérsugárzás rendkívül egyenletes, ezek az „árnyékok” olyan kontrasztot hoznak létre, amely mérhető és elemezhető.
A gravitáció önmagában nem elég
A galaxishalmazok olyan régiók, ahol a gravitáció felerősödik, ahogy a galaxisok egymás felé húzzák egymást. Ez az erő hat a galaxisok közötti gázra – az intracluster médiumra –, összenyomja és felgyorsítja azt, ami növeli az energiáját és a hőmérsékletét.
Az ALMA adatai azonban megdöbbentő, 10 millió Kelvin feletti hőmérsékletet mutattak ki. A jelenlegi modellek szerint a gravitáció önmagában képtelen lett volna ilyen hőséget generálni ilyen rövid idő alatt. A kutatók gyanúja szerint a halmazban található legalább három szupermasszív fekete lyukból származó erőteljes anyagsugarak (jetek) pumpálhatnak plusz energiát a környezetbe.
„Ez azt sugallja, hogy a korai univerzumban valami – valószínűleg a három nemrég felfedezett fekete lyuk – már hatalmas mennyiségű energiát bocsátott ki, és formálta a fiatal halmazt, sokkal korábban és erősebben, mint gondoltuk” – magyarázta Scott Chapman asztrofizikus.
Új fejezet a galaxisfejlődésben
Ez a felfedezés rávilágít arra, hogy a galaxishalmazok fejlődéséről alkotott elméleti ismereteink hiányosak. Úgy tűnik, a teljes halmaz-ökoszisztémát figyelembe kell venni – beleértve a csillagképződést, az aktív fekete lyukakat és a túlhevült gázfelhőket –, még a korai univerzum vizsgálatakor is.
A kutatás, amelyet a Nature folyóiratban tettek közzé, alapjaiban változtathatja meg azt, amit a mai óriásgalaxisok kialakulásáról gondolunk.
