A galaxishalmazok az Univerzum legnagyobb tömegű, gravitációsan kötött struktúrái. A közeli Coma-halmaz például 20 millió fényév kiterjedésű, és több mint ezer galaxist tartalmaz. Egy ekkora kozmikus metropolisz nem egy nap alatt épül fel.
A csillagászok három protohalmazt – a korai Világegyetemben formálódó galaxishalmazt – fedeztek fel, amelyek egyben a legtávolabbi, a legnagyobb tömegű és a legintenzívebb csillagképző halmazok. A három halmaz szélsőséges tulajdonságaival a galaxishalmazok fejlődésének három fázisát mutatja be.
Korai fejlettség
A NASA James Webb-űrtávcsöve és a Chandra röntgenobszervatórium együttműködésének köszönhető a JADES-ID1 jelű objektum felfedezése. Ez a jelenleg ismert legtávolabbi protohalmaz, amely a Világegyetem 1 milliárd éves korában létezett. Ennek ellenére már ekkor meglepően nagy volt: a tömege húszszorosát tette ki a Tejútrendszerének.
A JADES-ID1 azonosításához a kutatók először a Webb-űrtávcső JADES programját használták. A programmal a távoli Világegyetem galaxisokban gazdag régióit kutatják fel. Hat protohalmaz-jelöltet találtak, amelyek közül a legígéretesebbre összpontosítottak. A döntő bizonyítékot a Chandra röntgenmegfigyelései szolgáltatták, amelyek kimutatták a forró gáz halvány derengését: egy formálódó halmaz „füstölgő puskacsövét”. Az eredményekről Bogdán Ákos (Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian) kutatócsoportja számolt be a Nature című szaklapban.
A JADES-ID1 összesen 66 galaxist tartalmaz, de ezek csupán a leglátványosabb elemei. A halmazok főként sötét anyagból állnak. A gáz és a galaxisok erre az alapra épülnek.
Bár a sötét anyag nem látható közvetlenül, a gáz igen. (A galaxisok is, természetesen, de azok csupán a halmaz tömegének egy kis részét teszik ki.) Ahogy a gázt alkotó atomok átszáguldanak a halmazon, az ütközéseik során a gáz több tízmillió fokra hevül, míg olyan forróvá válik, hogy sugárzása a röntgentartományba esik.
A protohalmaz tömegét a röntgensugárzása alapján becsülték meg. Kiderült, hogy meglepően nagy, főként ahhoz képest, hogy milyen rövid idő állt rendelkezésre az összeállásához. Bogdán és munkatársai szerint a jelenlegi kozmológiai ismereteink alapján nagyon kicsi a valószínűsége annak, hogy a Webb által vizsgált kis térségben ennyi anyag sűrűsödjön össze a korai Világegyetemben – ennek esélye 1 az ötmillióhoz.
„A JADES-ID1 új bizonyítékot szolgáltat arra, hogy a Világegyetemnek nagyon sietős volt felnőnie.” – mondja Bogdán.
Rogier Windhorst (Arizona State University), aki nem vett részt a kutatásban, egyetért a tömegre vonatkozó megállapítással. „A tömeget nehéz vitatni.” – mondja. „Elég jelentős, és kétségtelenül még mindig növekszik.” Azt azonban nem gondolja, hogy a kozmológia téves lenne, inkább arról lehet szó, hogy még nem teljesen értjük azokat a folyamatokat, amelyek révén a halmazok a korai Világegyetemben kialakulnak.
Csomós halmazok
A másik rekordert az ODIN-felmérés keretében fedezték fel. A COSMOS-z3.1A jelű halmazban 5000-szer annyi sötét anyag, gáz és galaxis van, mint a Tejútrendszer, így ez a legnagyobb tömegű ismert protohalmaz. A JADES-ID1-gyel ellentétben azonban ez a rendkívüli tömeg önmagában nem jelent problémát a kozmológia szempontjából – feltéve, hogy az ODIN-felmérés nem talál még egy hasonló példányt.
Ez a protohalmaz az ősrobbanás után 2 milliárd évvel létezett. Mivel több ideje volt növekedni, nem csoda, hogy nagyobb a tömege, mint a JADES-ID1-nek. A nagy tömeget ugyanakkor az is magyarázza, hogy csomós szerkezetű, mint egy olyan város, amelynek több belvárosa van.
Vandana Ramakrishnan (Purdue University), a kutatás eredményeiről beszámoló cikk vezető szerzője az Amerikai Csillagászati Társaság (AAS) 247. találkozóján elmondta, hogy munkatársaival 10 csomót találtak a protohalmazban. Ezek közül néhány maga is galaxishalmazzá fejlődhet. Ez nem szokatlan: a Tejútrendszer, amely a Lokális Csoporthoz tartozik, egy sokkal nagyobb csoportosulás, a Laniakea szuperhalmaz tagja, amely magában foglalja a Virgo-halmazt, valamint több más közeli csoportot és galaxishalmazt is.
Ramakrishnan szerint ennek a protohalmaznak a felfedezése összhangban áll a kozmológia legegyszerűbb modelljével. „Egyszerűen egy rendkívül ritka objektum a standard modellen belül.” – teszi hozzá. Mindazonáltal a csomós szerkezet jól szemlélteti, hogy miként állnak össze a különböző halmazok.
Kozmikus délidő
A harmadik vizsgált protohalmaz a J0846, amely 2,5 milliárd évvel az ősrobbanás után enged betekintést a halmaznövekedés egy későbbi szakaszába. Abban az időben gyakoribbak voltak a halmazok, és őrületes ütemben születtek új csillagok. A kozmikus körülmények lehetővé tették, hogy a J0846 galaxisait példátlan részletességgel vizsgáljuk. Ezek mindegyike intenzív csillagkeletkezési aktivitást mutat.
Nicholas Foo (Arizona State University) az Amerikai Csillagászati Társaság ülésén az ALMA rádiótávcső-hálózattal végzett megfigyeléseiről számolt be. A kutatás eredményei az Astrophysical Journal című lapban jelentek meg. Foo szerint a J0846-ról készült felvétel olyan, mintha a New York-i Times Square-en készült volna: 11 galaxist látunk, amelyek egy nagyobb struktúra magját alkotják. A rendszer akár több mint 50 galaxist is magában foglalhat. (Hamarosan várható a Webb-űrtávcső felvétele is ugyanerről a halmazról.)
A mag még könnyebben látható, mert a közbeeső halmaz tömege gravitációs lencseként felnagyította a képét. A kutatók a nagyított képet megvizsgálva azt találták, hogy a mag galaxisai évente mintegy 5000 naptömegnyi anyagot alakítanak át csillaggá.
Ez az őrült ütem nem tarthat örökké, így felvetődik a kérdés, hogy mi történik ezután? Az összeolvadások feltölthetik a galaxisokat a csillagkeletkezéshez szükséges gázzal, de a 11 galaxis közül csak kettő mutat nemrégiben történt összeolvadásra utaló jeleket. A mag legtöbb galaxisa inkább korong alakú, a Tejútrendszerhez hasonló (nem feltétlenül spirálkarokkal, de szabályos forgással). Elképzelhető, hogy ezek a galaxisok a halmazon belüli gázon áthaladva rendszeresen jutnak utánpótláshoz. Ennek a folyamatnak a feltárása kulcsfontosságú a galaxisok és a halmazok jövőjének megismeréséhez.
Az egyes protohalmazok pillanatképeinek vizsgálatával feltárhatjuk a halmazok eredetét és a fejlődésük állomásait, de a fiatal galaxisok kozmikus időn átívelő felmérése folytonosabb „filmet” adna a Világegyetem legnagyobb tömegű struktúráinak fejlődéséről.
Forrás: https://skyandtelescope.org/astronomy-news/infant-galaxy-clusters-grew-faster-than-expected/
A felfedezésekről beszámoló szakcikkek: https://www.nature.com/articles/s41586-025-09973-1, https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/adf4d5
Szerző: Ujhelyi Borbála, Kutatási asszisztens
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet