Загадка первых галактических скоплений

Галактические скопления являются крупнейшими гравитационно-связанными структурами Вселенной. Они могут объединять сотни, а порой и тысячи галактик, суммарная масса которых варьируется в диапазоне от 10∧13 до 10∧15 солнечных. До недавних пор астрономы считали, что первые протоскопления начали формироваться, когда возраст Вселенной составлял около 3 млрд лет. Однако результаты двух новых исследований, опубликованные в журналах Nature и Astrophysical Journal, говорят о том, что ученым придется серьезно пересмотреть прежние оценки.

Ключевую роль в этих исследованиях сыграли радиотелескопы Европейской Южной обсерватории ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) и APEX (Atacama Pathfinder Experiment). Две международные группы астрономов обнаружили с их помощью необыкновенно плотные концентрации галактик, которые, по-видимому, находятся в процессе слияния и образования ядер будущих гигантских скоплений.

Первая группа под руководством Тима Миллера из университета Далузи в Канаде (Tim Miller, Dalhousie University, Halifax, Canada) обнаружила протоскопление, получившее обозначение SPT2349-56. Оно состоит из 14 галактик, свет которых был испущен ими, когда возраст Вселенной составлял около 1,4 млрд лет — в десять раз меньше нынешнего.

Галактики SPT2349-56 находятся в процессе сближения, образуя, по словам исследователей, «плотную кучу». Все они характеризуются крайне бурным звездообразованием. Интенсивность рождения новых светил в этой компактной области невероятно высока: ежегодно в SPT2349-56 появляются тысячи молодых звезд. Нигде в ранней Вселенной до сих пор не наблюдалось такого уровня активности. Для сравнения:скорость звездообразования в Млечном Пути соответствует примерно одной солнцеподобной звезде в год.

Другая группа астрономов, возглавляемая Айвеном Отео из Эдинбургского университета в Великобритании (Ivan Oteo, University of Edinburgh), исследовала скопление, состоящее из богатых пылью звездообразующих галактик. Из-за своего цвета оно получило неофициальное название «Красное пылевое ядро». Впервые оно было замечено в виде слабых световых пятен в ходе наблюдений, выполненных инфракрасным космическим телескопом Herschel и радиотелескопом SPT (South Pole Telescope), расположенном на Южном полюсе.

Во время последующих наблюдений с использованием антенн ALMA и APEX группа Отео установила, что эти объекты обладают необычной структурой и относятся к гораздо более ранней эпохе, чем изначально предполагалось. Мы видим их такими, какими они были через 1,5 млрд лет после Большого Взрыва. Всего «Красное пылевое ядро» состоит из двух групп, включающих в себя 14 и 10 массивных галактик. Размер каждой из них сравним с расстоянием между Млечным Путем и соседними с ним Магеллановыми Облаками (160-200 тыс. световых лет).

По словам Отео, для его команды это стало весьма неожиданной находкой. Время жизни подобных богатых пылью звездообразующих галактик крайне невелико, поскольку они очень быстро расходуют свои запасы межзвездного газа, и образование новых светил в них на определенном этапе резко замедляется. В какой бы уголок Вселенной астрономы раньше не заглядывали, такие активные объекты всегда были представлены в весьма небольшом количестве.

Еще один важный аспект проблемы заключается в том, что, согласно современным теоретическим и компьютерным моделям, формирование массивных галактических протоскоплений должно было занять не менее трех миллиардов лет. Однако это не соответствует реальной картине. Более того, дополнительные наблюдения на телескопе APEX показывают, что количество звездообразующих галактик, по всей вероятности, втрое больше, чем предполагалось до сих пор.

Пока ученые не могут объяснить, как столь массивные галактики успели проэволюционировать и тесно сблизиться за такое короткое время. Все это означает, что для раскрытия загадки появления во Вселенной первых гигантских галактических скоплений астрономам потребуется провести еще немало наблюдений и исследований.