Використовуючи квазар як маяк, учені знайшли в молодому Всесвіті великий протокластер – початок гігантського скупчення галактик, що стане найбільшим із відомих у сучасному Всесвіті.

Знімок протокластера навколо галактики Павутина, яким він був, коли Всесвіту було три мільярди років / © ESO, Di Mascolo et al., NASA, ESA, Hubble, H. Ford

Квазари – активні ядра галактик, тобто надмасивні чорні діри, що поглинають велику кількість матерії. Вважається, що в молодому Всесвіті такі масивні об’єкти неминуче мають бути оточені масивним гало з темної матерії. Гравітаційне тяжіння таких областей колосальне. Отже, поруч із яскравими квазарами можна шукати майбутні скупчення галактик. Саме цим зайнялися автори нової роботи.

Об’єктом спостережень групи вчених став квазар J0910-0414, відкритий ними ж 2019 року в рамках пошуку квазарів епохи реіонізації. Червоне зміщення цього квазара – 6,64, від Великого вибуху на той момент минуло близько 826 мільйонів років.

За оцінкою вчених, це один із найбільших квазарів тієї епохи з масою надмасивної чорної діри приблизно 3,59 мільярда сонячних мас. Для порівняння: маса надмасивної чорної діри в центрі Чумацького Шляху – 4,297 мільйона сонячних мас.

Важливо, що за такого червоного зсуву квазар потрапляє в поле зору методів пошуку областей із вищою щільністю речовини. Тому вчені змогли вивчити його околиці, провівши дослідження на різних довжинах хвиль за допомогою обсерваторії Кека, телескопа “Субару”, Магелланових телескопів і радіотелескопів ALMA. Астрономи знайшли у квазара безліч “сусідів”.

“Цей протокластер величезний. Порівняйте його розміри на небі з іншими протокластерами, які зазвичай займають лише кілька кутових хвилин. У цьому кілька десятків кутових хвилин”, – прокоментував відкриття головний автор дослідження Фейдж Ван (Feige Wang) з Аризонського університету (США). Кутова хвилина – одна шістдесята градуса на небесній сфері.

У безпосередній близькості від квазара автори роботи знайшли три галактики, одна з яких – супутник галактики з квазаром. Вони вмістилися в один “знімок” спостережень ALMA, що свідчить про надзвичайну щільність речовини в цій ділянці. За словами вчених, на три порядки більша, ніж очікувалося від “порожньої” області.

Околиці квазара J0910-0414 (червона точка). Синіми крапками відзначені потенційні скупчення матерії. Зеленими – спектроскопічні підтверджені джерела з сильною лінією водню на червоному зміщенні більше 6,5. Помаранчевою крапкою (на верхній грані жовтого прямокутника) відзначено підтверджену галактику. У найближчих околицях квазара (ілюстрація b) відзначено три галактики, одна з яких безпосередньо взаємодіє з квазаром (ілюстрація c) / © Wang et al.

На відстані кількох десятків мегапарсеків (на ілюстрації ця область позначена жовтим прямокутником, 35 на 74 мегапарсеки) астрономи знайшли ще 12 спектроскопічно підтверджених “ущільнень” із червоним зсувом, більшим за 6,5. Це означає, що вони, ймовірно, співіснують із квазаром в одну епоху Всесвіту.

Ба більше, центральна область протоскупчення навколо квазара приблизно в сім разів щільніша, ніж у середньому у протоскупченні за часів, коли Всесвіту було вже 3,3 мільярда років (червоний зсув 2).

Загалом, за оцінкою авторів, сьогодні ця область має бути скупченням галактик загальною масою близько 6,9 квадрильйона (6,9 x 10^15) сонячних мас, що втричі масивніше за скупчення Волосся Вероніки. Робота викладена у відкритий доступ на arXiv і прийнята до публікації в журналі The Astrophysical Journal Letters.

Цим дослідженням учені довели спроможність методу пошуку протоскупчень за квазарами в молодому Всесвіті. Можливо, в результаті спостережень за околицями інших таких об’єктів вдасться знайти ще більші протоскупчення і розібратися в їхньому впливі на еволюції окремих галактик.

Існування настільки величезного скупчення в порівняно ранню епоху, а так само й аномально висока щільність матерії в цій частині Всесвіту створює одразу два питання. Перше: яким чином галактичні скупчення, що настільки проеволюціонували, могли виникнути так рано, адже це несумісне зі стандартною космологічною моделлю, за якою утворення великих структур у Всесвіті потребує величезного часу? Другий: чи не свідчить наявність такої насиченої матерією частини Всесвіту про те, що він не ізотропний, тобто має щось на кшталт виділеного “центру”, де речовини і темної матерії більше, ніж в інших місцях?