Астрономы обнаружили самый ранний и горячий газ в скоплении галактик, что бросает вызов космологическим моделям

Международная группа астрономов под руководством канадских исследователей обнаружила в ранней Вселенной нечто, чего, согласно теориям, там быть не должно: скопление галактик, наполненное раскалённым газом, всего через 1,4 миллиарда лет после Большого взрыва. Это намного раньше и горячее, чем предсказывают существующие модели.

Художественное представление формирующегося скопления галактик в ранней Вселенной: радиоджеты из активных галактик погружены в горячую внутрикластерную атмосферу (красный цвет), иллюстрируя большой тепловой резервуар газа в зарождающемся скоплении. Автор: Линсяо Юань.

Результаты, опубликованные в журнале Nature, могут перевернуть текущие представления о формировании скоплений галактик. Согласно им, такие температуры должны возникать только в более зрелых и стабильных скоплениях на более поздних этапах жизни Вселенной.

Мы не ожидали увидеть такую горячую кластерную атмосферу так рано в космической истории, — сказал ведущий автор исследования, аспирант кафедры физики и астрономии Университета Британской Колумбии Дачжи Чжоу. — Фактически, сначала я скептически отнёсся к сигналу, потому что он был слишком сильным, чтобы быть реальным. Но после месяцев проверки мы подтвердили, что этот газ как минимум в пять раз горячее предсказанного, и даже горячее и энергичнее, чем то, что мы находим во многих современных скоплениях.

Это говорит нам о том, что что-то в ранней Вселенной, вероятно, три недавно обнаруженные сверхмассивные чёрные дыры в скоплении, уже вкачивало огромное количество энергии в окружающее пространство и формировало молодое скопление гораздо раньше и интенсивнее, чем мы думали, — добавил соавтор работы, доктор Скотт Чепмен, профессор Университета Далхаузи, проводивший исследование, работая в Национальном исследовательском совете Канады (NRC).

Исследование «младенческого» скопления

Заглянув примерно на 12 миллиардов лет в прошлое, исследователи сосредоточились на «младенческом» скоплении галактик под названием SPT2349-56. Для этого команда использовала комплекс радиотелескопов под названием Атакамская большая миллиметровая/субмиллиметровая решётка (ALMA), в состав которого входят инструменты, спроектированные, построенные и испытанные NRC.

Это скопление массивно для своего относительного возраста: его ядро простирается примерно на 500 000 световых лет, что сравнимо с размером гало, окружающего Млечный Путь. Оно содержит более 30 активных галактик и формирует звёзды более чем в 5000 раз быстрее, чем наша собственная галактика, и всё это в очень компактной области.

Команда использовала космологический инструмент — эффект Сюняева — Зельдовича, который помогает учёным определить тепловую энергию внутрикластерной среды — газа, существующего между галактиками в скоплении.

Понимание скоплений галактик — ключ к пониманию самых больших галактик во Вселенной, — отметил доктор Чепмен, который также является приглашённым профессором Университета Британской Колумбии. — Эти массивные галактики в основном находятся в скоплениях, и их эволюция в значительной степени формируется очень сильной средой скоплений по мере их образования, включая внутрикластерную среду.

Нагрев сверхмассивными чёрными дырами

Современные модели предполагают, что массивные резервуары газа, образующие внутрикластерную среду, собираются, а затем нагреваются гравитационными взаимодействиями по мере того, как незрелое, нестабильное скопление галактик созревает и коллапсирует внутрь до стабильного состояния. Новое открытие предполагает, что это рождение является более взрывным, и учёным, возможно, придётся пересмотреть последовательность и скорость эволюции скоплений галактик.

Теперь исследователи хотят выяснить, как все части складываются воедино.

Мы хотим понять, как интенсивное звездообразование, активные чёрные дыры и эта перегретая атмосфера взаимодействуют друг с другом, и что это говорит нам о том, как были построены нынешние скопления галактик, — сказал Чжоу. — Как всё это может происходить одновременно в такой молодой, компактной системе?

Больше информации: Sunyaev-Zeldovich detection of hot intracluster gas at redshift 4.3, Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-025-09901-3

Источник: University of British Columbia