Джеймс Уэбб обнаруживает одну из самых первых нитей "космической паутины", образовавшейся через 830 миллионов лет после Большого взрыва
Благодаря космическому телескопу Джеймса Уэбба астрономы, возможно, обнаружили одну из старейших нитей "космической паутины", датируемую 830 миллионами лет после Большого взрыва, во времена реионизации Вселенной. Эта нить длиной в три миллиона световых лет и пронизанная 10 галактиками, похоже, закреплена внутри примитивного квазара - сверхсветящейся галактики, питаемой очень активной сверхмассивной черной дырой.
Во Вселенной галактики не распределены беспорядочно, а собираются в скопления и взаимосвязанные нити, образуя так называемую "космическую паутину". Нити связывают галактики между собой в масштабах мегапарсека (1 мегапарсек эквивалентен 3,26 миллиона световых лет). Подобно паутине, между нитями находится космическая пустота. Со временем эта паутина становится все более заметной, поскольку гравитация сгущает материю внутри нее, облегчая астрономические наблюдения.
Нить, прикрепленная к квазару
Космическая паутина предсказывает распределение большей части газа в межгалактической и окологалактической среде (газообразная среда, окружающая галактики). Считается, что это сложное регулирование, наряду с высвобождением вещества в результате процессов обратной связи от космических объектов (звезд, галактик, черных дыр и т.д.), играет ключевую роль в контроле роста галактик во всей Вселенной.
За последние несколько десятилетий межгалактическая среда была широко исследована с целью проследить нити космической паутины. Однако наблюдения были ограничены несколькими конкретными регионами, поскольку диапазон и возможности наблюдательных приборов того времени были ограничены масштабами в несколько мегапарсек. Исследованные области не очень хорошо отражают запутанность нитей, на уровне которых рождаются и распространяются галактики.
В 2021 году исследователи проследили несколько нитей в космической паутине между 1 и 2 миллиардами лет после Большого взрыва. Но космический телескоп "Джеймс Уэбб" существенно меняет картину, расширяя наблюдения до гораздо больших масштабов.
Благодаря новейшим приборам группа астрономов обнаружила нитевидное расположение 10 примитивных галактик, которые, как считается, образовались примерно через 830 миллионов лет после Большого взрыва (в разгар периода космической реионизации). В конце нити длиной 3 миллиона световых лет находится чрезвычайно светящийся квазар.
"Это одна из первых обнаруженных нитевидных структур, связанных с далеким квазаром", — объясняет Фейдж Ванг из Университета Аризоны в Тусоне, ведущий автор исследования, опубликованного в журнале . Команда экспертов считает, что нить эволюционирует в массивное скопление галактик, подобное гигантскому скоплению Скопление Волос Вероники (Скопление Волос Вероники — крупное скопление галактик, расположенное приблизительно на расстоянии 99 мегапарсек), состоящему из более чем 1 000 галактик и расположенному в 330 световых годах от Земли. Эта нить также может быть одной из самых старых в космической сети.
Возможная эволюция в массивное галактическое скопление
Исследователи обнаружили знаменитую нить благодаря квазару, к которому она прикреплена. Они были удивлены, обнаружив удивительно длинную и тонкую структуру, простирающуюся на миллионы световых лет. "Я ожидал, что найду что-то, но не ожидал такой длинной и тонкой структуры", — сказал соавтор исследования Сяохуэй Фань, также астроном из Университета Аризоны.
Квазар был обнаружен в рамках проекта ASPIRE (A Spectroscopic Survey of Biased Halos in the Reionization Era), направленного на изучение набора из 25 квазаров эпохи реионизации (с 700 миллионов лет после Большого взрыва). Эксперты предполагают, что сверхмассивные черные дыры, аккреция которых питает квазары, помогли сформировать космическую паутину, действуя как гравитационные колодцы, собирая и растягивая материю для формирования нитей. В частности, гравитация удерживала эти нити вместе.
Кроме того, предыдущие моделирования показывают, что квазары, размер которых составляет не менее миллиарда солнечных масс, образовались внутри огромных скоплений темной материи и развивались путем аккреции или слияния с другими скоплениями. В этом контексте можно ожидать, что примитивные квазары будут обнаружены в пределах крупномасштабных скоплений галактик (мегапарсек).
Однако неопределенность, связанная с красным смещением ранее наблюдавшихся квазаров, затуманивала любые возможные подсказки о сигналах от сверхплотных галактик. Работа "Джеймса Уэбба" позволила исследователям в новом исследовании обнаружить, что обнаруженный ими квазар (тот самый, который крепит нить) был встроен в сверхплотное скопление галактик - одну из самых сверхплотных структур, известных в ранней Вселенной, и мог развиться в массивное скопление (как скопление Скопление Волос Вероники).
Вторая часть исследования предполагает, что черные дыры, питающие эти примитивные квазары, имеют массу от 600 миллионов до 2 миллиардов солнечных масс. Хотя причины таких экстремальных характеристик пока неизвестны, эксперты предлагают гипотезу, в которой должны быть соблюдены два критерия. Первый критерий включает "прорастание" черной дыры из массивного "семени" массой не менее тысячи солнечных масс. Второй критерий подразумевает, что семя должно было быстро накопить по крайней мере в миллион раз больше материи за время своей жизни.
Если эти сверхмассивные черные дыры накапливают материю, они также могут выбрасывать ее и питать ветры, простирающиеся в межгалактических масштабах. Эти ветры могут оказывать значительное влияние на формирование звезд в галактиках, в которых они находятся. Данные "Уэбба" представляют собой лучшее на сегодняшний день свидетельство, подтверждающее эту гипотезу. В частности, исследователи обнаружили, что ветры от черных дыр в центре массивных галактик являются своего рода резервуаром, подпитывающим их рост.