Протокластеры галактик представляют собой древние структуры, предшествующие современным скоплениям галактик, где сотни или тысячи галактических систем связаны гравитационными силами. Изучение таких протокластеров в высоком красном смещении – ключ к пониманию процессов, протекавших во Вселенной на ранних этапах её существования. Недавние наблюдения протокластера A2744-z7p9OD, проведённые с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), открывают новую страницу в исследовании формирования гигантских космических структур, демонстрируя наличие удивительно развитого ядра всего через 650 миллионов лет после Большого взрыва. Исследование, возглавляемое астрономом Калумом Уиттеном из Женевского университета, использовало возможности инфракрасной камеры NIRCam телескопа JWST для получения глубоких спектральных изображений, позволивших выявить новые характеристики протокластера и расширить список его членских галактик. В результате были обнаружены семь новых галактик, что увеличило число известных объектов протокластера до 23.
При этом анализ их спектров выявил сильные признаки эволюционного развития, выраженные, в частности, в выраженных балмеровских скачках и более мелких углах наклона ультрафиолетового излучения по сравнению с полем галактик на том же красном смещении. Балмеровский скачок характеризует изменения в спектре, вызванные особенностями звёздного населения, и свидетельствует о наличии более старых, зрелых звёздных популяций. Углублённое изучение балмеровского распада и параметров ультрафиолетового излучения позволяет судить о прошлой интенсивности звездообразования и физических условиях внутри галактик. Новые данные указывают на то, что ядро протокластера A2744-z7p9OD состоит из массивных, запылённых галактик, демонстрирующих снижение активности звездообразования. Напротив, внешние регионы этого протокластера заполнены более молодыми галактиками, переживающими активные звёздные вспышки.
Такое распределение свидетельствует о сложном и неоднородном процессе формирования и эволюции галактик на ранних этапах развития Вселенной. Один из интереснейших выводов учёных заключается в том, что A2744-z7p9OD содержит ядро, которое сегодняшние космологические модели прогнозируют лишь к значительно более поздним эпохам, то есть к красным смещениям ниже 5. В обычном сценарии эволюции именно к таким временам скопления начинают проявлять признаки «заморозки» звёздного рождения в центральных областях, а окружающее пространство заполняется разреженным горячим внутрикластерным газом. Обнаружение этих свойств на уровне красного смещения около 7.88, что соответствует времени всего через 650 млн лет после Большого взрыва, предполагает необходимость пересмотра и уточнения моделей формирования крупных космических структур и процессов их изоляции от газовых потоков, необходимых для дальнейшего звездообразования.
Уникальные возможности космического телескопа Джеймса Уэбба, работающего в инфракрасном диапазоне, позволяют изучать даже самые тусклые и далекие объекты Вселенной с высокой точностью, что было невозможно с использованием предшествующих обсерваторий. Инфракрасный свет отдалённых галактик, сдвинутый в длинноволновую область из-за расширения Вселенной, теперь доступен для анализа, что открывает окно в эпоху «тёмных веков» и ранних звёздных поколений. Дальнейшее исследование протокластера A2744-z7p9OD поможет лучше понять не только динамику формирования галактик внутри зарождающихся скоплений, но и характер взаимодействий тёмной материи, воздействие высокоэнергетического излучения и роль запылённости в ранней Вселенной. Полученные в рамках этого исследования данные смогут стать базой для новых теоретических моделей и симуляций, более точно отражающих процесс эволюции космических структур в первые миллиарды лет после Большого взрыва. Кроме того, наблюдения таких развитых ядер в удалённых протокластерах помогают расширить представления о темпах звездообразования и квенчинга — процесса прекращения рождения новых звёзд в галактиках — а также о механизмах, которые регулируют этот переход.
Понимание этих процессов имеет важное значение для космологов и астрофизиков, стремящихся разгадать, как наша Вселенная развивалась на больших масштабах и почему современные галактики имеют те свойства, которые мы наблюдаем сегодня. Протокластеры галактик, подобные A2744-z7p9OD, выступают в роли естественных лабораторий, показывая, как во взаимодействии множества факторов — гравитации, газа, звёздного формирования и экстремальных физических условий — формируется богатая и разнообразная картина космической эволюции. В ближайшие годы планируется продолжить глубокие наблюдения с использованием JWST и других современных инструментов, чтобы выявить больше таких объектов и понять, насколько распространена такая ранняя развитость ядра протокластеров в молодой Вселенной. Это позволит ответить на фундаментальные вопросы, касающиеся временных рамок и механизмов строительства крупномасштабных структур Вселенной. В заключение, исследование протокластера A2744-z7p9OD подтверждает, что Вселенная в ранний период оказалась гораздо сложнее и неоднороднее, чем предполагалось ранее.
Обнаружение зрелого ядра в столь отдалённом объекте является доказательством быстрого темпа формирования и эволюции галактик в условиях молодой космической среды. Эти открытия открывают новую главу в астрономии и стимулируют разработку более точных теоретических моделей, что в итоге приближает нас к пониманию происхождения и эволюции Вселенной.
