Wyobraź sobie, że oglądasz młody Wszechświat – zaledwie 1,4 miliarda lat po Wielkim Wybuchu – i nagle trafiasz na coś, co wygląda jak kosmiczny piec hutniczy odpalony na pełnej mocy. Problem w tym, że według większości modeli kosmologicznych taki obiekt… nie ma prawa być jeszcze tak gorący.
A jednak jest.
Astronomowie potwierdzili istnienie gromady galaktyk SPT2349-56, której gaz wewnętrzny osiąga temperatury przekraczające 10 milionów kelwinów. To poziom energii, którego spodziewamy się raczej w „dojrzałym” Wszechświecie, po wielu miliardach lat ewolucji gromad. Tymczasem tutaj mówimy o kosmosie, który dopiero wstaje z łóżka.
Czym jest SPT2349-56 i dlaczego robi takie zamieszanie?
SPT2349-56 to gromada galaktyk (a właściwie niezwykle gęsty protoklaster), zauważona pierwszy raz w 2010 roku przez South Pole Telescope na Antarktydzie. Już wtedy wyglądała podejrzanie.
Potem przyszły badania z 2018 roku i potwierdzono, że:
- w tym regionie znajduje się ponad 30 galaktyk
- które produkują gwiazdy w tempie wręcz absurdalnym – nawet 1000 razy szybciej niż Droga Mleczna
- i są w trakcie kosmicznej „jazdy na czołówkę”, czyli zbliżają się do siebie w wielkim procesie łączenia.
To już samo w sobie jest ekstremalne, ale prawdziwy szok przyszedł dopiero teraz – gdy zbadano gorący gaz międzygalaktyczny.
Jak astronomowie „zobaczyli” gorący gaz, którego normalnie nie widać?
Zespół pod kierownictwem doktoranta Dazhi Zhou wykorzystał potężne możliwości teleskopu ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Zamiast patrzeć na same galaktyki, naukowcy spojrzeli na tło całego Wszechświata: mikrofalowe promieniowanie tła (CMB) – relikt po Wielkim Wybuchu.
I tu pojawia się trik, który brzmi jak magia, ale to czysta fizyka: efekt Suniajewa-Zeldowicza.
W skrócie:
- fotony CMB lecą przez kosmos
- wpadają w obszar gromady
- zderzają się z bardzo gorącymi elektronami w gazie
- i w efekcie powstaje „cień” albo deformacja sygnału CMB
To pozwala wykryć gorący gaz nawet wtedy, gdy jest daleko, słaby i kompletnie niewidoczny w normalnym świetle.
I wtedy wyszło na jaw, że gaz jest zbyt gorący
Analiza sygnału z ALMA pokazała coś, co dosłownie nie pasuje do instrukcji obsługi Wszechświata:
temperatura gazu przekracza 10 milionów kelwinów
To co najmniej pięć razy więcej, niż wynika z typowych modeli nagrzewania się gromad galaktyk tylko przez grawitację.
Grawitacja działa wolno. Żeby ściskanie i przyspieszanie gazu podniosło go do takich temperatur, potrzeba miliardów lat, nie „chwili po początku kosmosu”.
Więc co tam się dzieje?
Podejrzani: supermasywne czarne dziury i ich dżety
Naukowcy wskazują najbardziej prawdopodobnego winowajcę: aktywne supermasywne czarne dziury w centrum kilku galaktyk.
W SPT2349-56 znaleziono już co najmniej trzy takie obiekty, które mogły wypuszczać dżety i promieniowanie o gigantycznej energii. Takie „kosmiczne palniki” potrafią:
- podgrzewać gaz w skali całych gromad
- rozwiewać i mieszać materię
- wpływać na tempo powstawania gwiazd
I teraz uwaga: jeśli to prawda, to znaczy, że czarne dziury zaczęły modelować środowisko gromad dużo wcześniej, niż sądziliśmy.
Dlaczego to odkrycie jest ważne?
Bo gromady galaktyk to największe „związane grawitacyjnie” struktury we Wszechświecie. One są jak gigantyczne laboratoria ewolucji kosmosu.
Jeśli we wczesnym Wszechświecie:
- protogromady mogły mieć tak gorący gaz
- czarne dziury pompowały energię na taką skalę
- a formowanie gwiazd było tak ekstremalne
…to znaczy, że nasze modele kosmologiczne i modele ewolucji gromad wymagają konkretnego remontu.
Co dalej?
Teraz astronomowie chcą zrozumieć „trójkąt Bermudzki” tego obiektu:
- ekstremalne formowanie gwiazd
- aktywne supermasywne czarne dziury
- przegrzana atmosfera gromady (gorący gaz)
Bo dopiero połączenie tych trzech elementów daje odpowiedź, jak mogły powstać dzisiejsze potężne gromady galaktyk.
I jak to często bywa w nauce: najciekawsze odkrycia nie rozwiązują problemów. One je mnożą — tylko w dobrym sensie.
Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Nature .