Телескоп VLT обнаружил крупнейшее древнее прото-сверхскопление галактик

Телескоп VLT просканировал около одного квадратного градуса в созвездии Секcтанта и обнаружили в ней прото-сверхскопление Гиперион, которое состоит из 5000 галактик, имеет размеры около 200×200×500 миллионов световых лет и массу более 4×10¹⁵ масс Солнца. При этом сверхскопление имеет красное смещение z ≈ 2,5, то есть образовалось всего через 2,3 миллиарда лет после Большого взрыва. Статья принята к публикации в Astronomy & Astrophysics, препринт работы выложен на сайте arXiv.org.

Благодаря гравитационному притяжению материя собирается в сложные протяженные структуры: звезды — в звездные скопления, звездные скопления — в галактики, галактики — в скопления галактик, а скопления — в сверхскопления. Казалось бы, что эту цепочку можно продолжать неограниченно долго, однако в 1990-е году астрофизики Маргарет Геллер и Джон Хукра показали, что на масштабах более миллиарда световых лет Вселенная практически однородна и состоит из нитевидных скоплений галактик (филаментов), разделенных огромными пустыми областями (войдами). Размеры самой большой известной ученым структуры, Великой стены Геркулес — Северная Корона, превышают 10 миллиардов световых лет. К сожалению, пока ученые плохо понимают, как материя собирается в такие структуры. Особенно удивительно, что астрономы находят большие скопления не только в настоящее время, но и на ранних этапах жизни Вселенной, когда неоднородности материи, «раздутые» Большим взрывом из квантовых флуктуаций, едва-едва начинали разрастаться.

Группа ученых под руководством Ольги Куччиати (Olga Cucciati) нашла еще одну такую структуру — прото-сверхскопление галактик Гиперион, которое имеет красное смещение z ≈ 2,45, то есть сформировалось всего через 2,3 миллиарда лет после Большого взрыва и состоит из 5000 галактик массой более миллиарда масс Солнца каждая. Для этого исследователи просканировали области COSMOS, CFHTLSD1 и ECDFS, которые находятся в созвездии Секстанта и имеют суммарную площадь около одного квадратного градуса. В качестве сканера выступал инструмент VIMOS (VIsible Multi-Object Spectrograph) телескопа VLT (Very Large Telesope, ), который регистрирует электромагнитные волны в диапазоне от 360 до 935 нанометров и позволяет различать объекты с красным смещением z > 2.

Используя двумерную тесселяцию Вороного, ученые построили трехмерную карту 10000 галактик, распределенных по объему 300×300×800 миллионов световых лет (в сопутствующем объеме) и имеющих красное смещение 2 < z < 4,5, а потом выделили в ней область размером 200×200×500 миллионов световых лет, которая отвечала прото-сверхскоплению Гиперион. Корректность метода ученые подтвердили с помощью метода Монте-Карло, повторяя указанные процедуры для искусственно сгенерированного массива данных. Полная масса скопления оказалась примерно равна 5×10¹⁵ масс Солнца. Эта величина сопоставима с массой сверхскоплений, которые наблюдаются в современной Вселенной (то есть при более низких красных смещениях), то есть ничем не выделяется сама по себе, однако астрономы не ожидали найти такое большое скопление на таких ранних этапах существования Вселенной. Вероятно, в течение следующих 11,5 миллиардов лет Гиперион должен был разрастись до еще больших размеров, сравнимых с размерами сверхскопления Ланиакея, в которое входит галактика Млечный Путь, или даже Великой стены Геркулес — Северная Корона. Интересно, что два года назад астрономы уже сообщали об открытии небольшого «кусочка» Гипериона, который они назвали Коллосом, однако разглядеть структуру прото-сверхскопления полностью им не удалось.

Кроме того, сверхскопление имеет довольно сложную внутреннюю структуру: в нем можно выделить семь областей с повышенной плотностью галактик, которые соединены состоящими из галактик «нитями». Четыре наиболее массивных области ученые назвали Тея, Эос, Гелиос и Селена, а еще три области оставили без названия. Из-за этого масса внутри Гипериона распределена более равномерно, чем у других известных сверхскоплений. Ученые предполагают, что равномерность распределения связана с тем, что Гиперион — сравнительно молодое сверхскопление, и гравитационное притяжение еще не успело собрать его вещество в более плотные области. Авторы статьи надеются, что открытие такого молодого сверхскопления поможет лучше понять процессы образования крупномасштабных структур Вселенной.

Телескоп VLT — крупнейший оптический телескоп в мире, он состоит из четырех восьмиметровых основных и четырех двухметровых вспомогательных телескопов, что эквивалентно индивидуальному телескопу с апертурой около 16 метров. Несмотря на то, что все телескопы комплекса расположены на земле, благодаря системе адаптивной оптики VLT получает более качественные снимки, чем космический телескоп «Хаббл», который не страдает от искажений изображения из-за колебаний атмосферы. Поэтому астрономы часто используют VLT, чтобы изучать ранние этапы жизни Вселенной. В частности, с его помощью ученым удалось обнаружить самые далекие и тусклые галактики в истории и рассмотреть детали взаимодействия группы далеких галактик NGC 5018. В будущем ученые собираются построить еще более точный Чрезвычайно большой телескоп (Extremely Large Telescope, ELT), который будет иметь апертуру около 39 метров.

В данный момент самая далекая известная галактика MACS1423-z7p64 имеет красное смещение z ≈ 7,1 (то есть свет от нее шел до Земли более 13 миллиардов лет), самая далекая спиральная галактика A1689B11 — z ≈ 2,54 (11,2 миллиарда лет), а самый далекий квазар (черная дыра) J1342+0928 — z ≈ 7,54 (13,1 миллиарда лет).

Дмитрий Трунин