Astronomové zkoumají zrod kupy galaxií v mladém vesmíru

Tisková zpráva ESO2304 - 29. března 2023

Kupy galaxií, jak již naznačuje název, jsou shlukem značného počtu galaxií - někdy to mohou být i tisíce. Obsahují také množství látky označované jako 'mezigalaktické médium' (intracluster medium, ICM) - plynu, který vyplňuje prostor mezi galaxiemi v kupě. Ve skutečnosti ale tento plyn svojí hmotností významně převyšuje galaxie samotné. Myslíme si, že většinu fyziky popisující kupy galaxií, dobře chápeme. Pozorování raných fází formování oblaků mezigalaktického média jsou však vzácná.  

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 (University of Trieste, Itálie).

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 (Italian National Institute for Astrophysics, INAF, Trieste, Itálie). „Snaha o získání takto klíčového pozorování nás donutila pečlivě vybrat jednoho z nejslibnějších kandidátů.“ Stala se jím protokupa Pavučina (Spiderweb proto-cluster), kterou pozorujeme tak, jak vypadala, když byl vesmír jen 3 miliardy let starý. Přestože se jedná o jeden z nejintenzivněji zkoumaných objektů tohoto typu, ICM se 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. „Díky mimořádné rozlišovací schopnosti a citlivosti je observatoř ALMA jediným zařízením, které je v současnosti schopné provést takové měření pro vzdálené předchůdce hmotných kup galaxií,“ upozorňuje Luca Di Mascolo.

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.

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

Tyto výsledky také pomáhají položit základy budoucí synergie mezi ALMA a připravovaným novým velkým teleskopem ESO/ELT (Extremely Large Telescope). „Společná práce těchto dvou zařízení způsobí revoluci ve studiu kosmických struktur, jako je Pavučina,“ očekává Mario Nonino (Astronomical Observatory of Trieste, Itálie), vědecký pracovník a spoluautor studie. ELT a jeho špičkové přístroje, HARMONI a MICADO, budou schopné nahlédnout do nitra protokup a zjistit podrobnosti o galaxiích, které je tvoří. Spolu se schopností ALMA sledovat formující se oblaky mezigalaktického média poskytnou zásadní informace o evoluci velkých struktur v raném vesmíru.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku “Forming intracluster gas in a galaxy protocluster at a redshift of 2.16”, který byl publikován v časopise Nature (doi: 10.1038/s41586-023-05761-x)

Složení týmu: Luca Di Mascolo (Astronomy Unit, University of Trieste, Itálie [UT]; INAF – Osservatorio Astrofisico di Trieste, Itálie [INAF Trieste]; IFPU – Institute for Fundamental Physics of the Universe, Itálie [IFPU]), Alexandro Saro (UT; INAF Trieste; IFPU; INFN – Sezione di Trieste, Itálie [INFN]), Tony Mroczkowski (European Southern Observatory, Německo [ESO]), Stefano Borgani (UT; INAF Trieste; IFPU; INFN), Eugene Churazov (Max-Planck-Institute für Astrophysik, Německo; Space Research Institute, Rusko), Elena Rasia (INAF Trieste; IFPU), Paolo Tozzi (INAF – Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Itálie), Helmut Dannerbauer (Instituto de Astrofísica de Canarias, Spain; Universidad de La Laguna, Španělsko), Kaustuv Basu (Argel ander Institute for Astronomy, University of Bonn, Německo), Christopher L. Carilli (National Radio Astronomy Observatory, USA), Michele Ginolfi (ESO; Dipartimento di Fisica e Astronomia, University of Florence, Itálie), George Miley (Leiden Observatory, Leiden University, Nizozemí), Mario Nonino (UT), Maurilio Pannella (UT; INAF Trieste; IFPU), Laura Pentericci (INAF – Osservatorio Astronomico di Roma, Itálie), Francesca Rizzo (Cosmic Dawn Center, Dánsko; Niels Bohr Institute, Dánsko)

Astronomická observatoř ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) je mezinárodním partnerským projektem organizací ESO, NSF (US National Science Foundation) a NINS (National Institutes of Natural Sciences) v Japonsku ve spolupráci s Chilskou republikou. ALMA je za členské státy financována ESO, NSF ve spolupráci s NRC (National Research Council of Canada) a NSC (National Science Council of Taiwan), NSTC (National Science and Technology Council, Taiwan), NINS ve spolupráci s AS (Academia Sinica) na Taiwanu a KASI (Korea Astronomy and Space Science Institute) v Koreji. Výstavba a provoz observatoře ALMA jsou ze strany Evropy řízeny ESO, ze strany Severní Ameriky NRAO (National Radio Astronomy Observatory), která je řízena AUI (Associated Universities, Inc.), a za východní Asii NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan). Spojená observatoř ALMA (JAO, Joint ALMA Observatory) poskytuje jednotné vedení a řízení stavby, testování a provoz teleskopu ALMA.

Evropská jižní observatoř (ESO) umožňuje vědcům z celého světa objevovat tajemství vesmíru ku prospěchu všech. Navrhujeme, stavíme a provozujeme pozemní observatoře světové úrovně, které astronomové využívají k řešení vzrušujících otázek a šíření fascinace astronomií. Podporujeme mezinárodní spolupráci v astronomii. ESO byla založena jako mezivládní organizace v roce 1962 a dnes ji tvoří 16 členských států – Belgie, Česko, Dánsko, Finsko, Francie, Irsko, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie – a dvojice strategických partnerů – Chile, která hostí všechny observatoře ESO, a Austrálie. Ústředí ESO, návštěvnické centrum a planetárium ESO Supernova se nachází v blízkosti Mnichova v Německu, zatímco chilská poušť Atacama, úžasné místo s jedinečnými podmínkami pro pozorování oblohy, hostí naše dalekohledy. ESO provozuje tři observatoře: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na hoře Paranal jsou to dalekohled VLT (Very Large Telescope) a interferometr VLTI (Very Large Telescope Interferometer), stejně jako dva přehlídkové teleskopy – VISTA pracující v infračervené oblasti a VST (VLT Survey Telescope) pro viditelné světlo. Na Observatoři Paranal bude ESO také hostit a provozovat pole teleskopů CTAS (Cherenkov Telesope Array South) pro detekci Čerenkovova záření v atmosféře - největší a nejcitlivější observatoř gama záření na světě. Společně s mezinárodními partnery provozuje ESO teleskopy pro milimetrovou a submilimetrovou oblast APEX a ALMA pracující na planině Chajnantor. Na hoře Cerro Armazones poblíž Paranalu stavíme nový dalekohled ELT (Extrémně velký dalekohled, Extremly Large Telescope) s primárním zrcadlem o průměru 39 m, který se stane „největším okem lidstva hledícím do vesmíru“. Z našich kanceláří v Santiagu řídíme naši činnost v Chile a spolupráci s místními partnery a veřejností.

Odkazy

• vědecký článek
• snímky radioteleskopu ALMA
• více o dalekohledu ESO/ELT (Extremely Large Telescope)
• pro novináře: tiskové zprávy pod embargem ve vašem jazyce (REGISTRACE)
• pro vědce: váš článek v tiskové zprávě ESO

Kontakty

Anežka Kabátová; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, Česká republika; Email: eson-czech@eso.org

Jiří Srba; překlad; Email: eson-czech@eso.org

Luca Di Mascolo; University of Trieste; Trieste, Italy; Email: luca.dimascolo@units.it

Tony Mroczkowski; European Southern Observatory; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6174; Email: tony.mroczkowski@eso.org

Alexandro Saro; University of Trieste; Trieste, Italy; Email: asaro@units.it

Juan Carlos Muñoz Mateos; ESO Media Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6176; Email: press@eso.org

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Tisková zpráva ESO2304 - 29. března 2023