SCGG-z5 a lambda-CDM model raného vesmíru

SCGG-z5 je výjimečně kompaktní skupina šesti mladých galaxií objevených 1,2 miliardy let po Velkém třesku, která nabízí vzácný pohled na rané formování kosmu. Tento objev pomáhá otestovat model studené temné hmoty Lambda-CDM, který předpokládá, že galaxie rostou hierarchicky prostřednictvím fúzí v hustých raných oblastech.

Úvod do raného vesmíru a modelu Lambda-CDM ve vztahu k SCGG-z5
Tyto hustě osídlené oblasti, běžně označované jako protokupy a protoskupiny, jsou mladá seskupení galaxií soustředěná v oblasti o velikosti jen několik desítek tisíc světelných let. Představují obzvláště krátkou a extrémní fázi galaktického vývoje. Detekce takových formací vyžaduje dalekohledy, které jsou dostatečně citlivé k rozpoznání slabých galaxií s nízkou hmotností v extrémních vzdálenostech a zároveň dostatečně přesné k potvrzení, že tyto odlišné galaxie jsou vzájemně gravitačně propojeny. Identifikace těchto nepolapitelných struktur umožňuje vědcům nahlédnout přímo do epoch formování vesmíru a osvětlit složité mechanismy, které řídily formování struktur v počátcích vesmíru.

V této průlomové studii zkoumal výzkumný tým vedený Ronaldem Laishramem z National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) kompaktní protoskupinu galaxií s rudým posuvem 5,97, označenou jako SCGG-z5. Skupina se skládá ze šesti odlišných galaktických složek, z nichž všechny byly spektroskopicky potvrzeny.

To znamená, že vzdálenost každé jednotlivé složky byla přesně odhadnuta identifikací specifických spektrálních čar v jejím vyzařovaném světle, spíše než aby se spoléhala pouze na barvu a zdánlivou jasnost. Využitím hloubkového zobrazování z vesmírného dalekohledu Jamese Webba (JWST) spolu s bezštěrbinovou spektroskopií z průzkumu SAPPHIRES tým zjistil, že šest galaxií je uzavřeno v ohromující malé oblasti oblohy, která měří pouhých šestnáct tisíc parseků, tedy přibližně padesát dva tisíce světelných let, v průměru. Tento prostorový rozsah je zhruba polovinou průměru naší vlastní Galaxie.

Pečlivým měřením individuálních a celkových hmotností hvězd vědci zjistili, že tři z galaxií, které je tvoří, vykazují rychlost tvorby hvězd rovnou nebo vyšší než typická rychlost pro jejich specifickou epochu. Je pozoruhodné, že jedna z těchto galaxií aktivně tvoří hvězdy tempem podstatně rychlejším, než se dříve předpokládalo. Všech šest galaxií vykazuje narušenou a nepravidelnou morfologii, což docela přesně odpovídá teoretickým očekáváním odvozeným z probíhajících gravitačních interakcí nebo scénáře aktivního slučování. Podrobné mapy tvorby hvězd dále naznačují, že plyn může aktivně proudit dovnitř k jádrům galaxií. Tento jev by mohl potenciálně naznačovat vzorec růstu zevnitř ven v některých členech kompaktní skupiny.

Naopak nejhmotnější galaxie v systému vykazuje potenciálně kontrastní vzorec; ve svém středu zůstává relativně klidná, zatímco na okraji vykazuje zvýšenou aktivitu. Vědci se domnívají, že tyto rozmanité charakteristiky pozorované u jednotlivých členů naznačují, že prostředí okolo skupiny již aktivně diferencuje evoluční trajektorie svých složek dlouho předtím, než se systém plně konsoliduje. Studiem rozptylu rychlostí mezi šesti galaxiemi tým zjistil, že systém je dynamicky rušný a nestabilní, spíše než klidný. Galaxie se v současné době pohybují relativními rychlostmi, které by jim umožnily provést několik těsných průletů v rozmezí přibližně čtrnácti milionů let.

Kosmický vývoj a budoucí vyhlídky výzkumu formování galaxií
Na základě srovnání s kosmologickou simulací EAGLE, která úspěšně modelovala podobně kompaktní skupiny galaxií, tým předpovídá, že šest galaxií tvořících SCGG-z5 se zcela sloučí do jednoho sjednoceného systému s rudým posuvem tři až čtyři, což od prvního pozorování představuje zhruba čtyři sta milionů let. Od tohoto bodu se předpokládá, že výsledný zbytek po sloučení bude pokračovat ve své růstové trajektorii a nakonec dosáhne hvězdné hmotnosti ekvivalentní stovce miliardám sluncí s rudým posuvem jedna. Tento milník by mohl znamenat počáteční fázi formování centrální, nejjasnější galaxie patřící do budoucí masivní galaktické kupy.

Výzkumníci předpokládají, že celý vývojový proces, od začátku intenzivní tvorby hvězd až po konečnou koalescenci, se odvíjí po dobu přibližně osmi set milionů let. Tato časová osa naznačuje, že SCGG-z5 byla zachycena přesně uprostřed své evoluční cesty na prchavý kosmický okamžik a aktivně se transformovala do mnohem větší struktury. Jak uvedl výzkumný tým, SCGG-z5 poskytuje přímá pozorovací omezení týkající se raného formování skupin galaxií v první miliardě let kosmické historie.

Vědecká komunita s ohledem na budoucnost očekává další spektroskopická pozorování s využitím JWST k prozkoumání pohybu a chemického složení plynu v systému. V kombinaci s pozorováními studeného plynu získanými pomocí radioteleskopu Atacama Large Millimeter Array (ALMA) pomohou tyto nadcházející výzkumy ověřit, zda jsou slapové interakce skutečně primárním faktorem pozorovaných rozdílů mezi galaxiemi. Takové komplexní studie slibují prohloubení našeho chápání tvorby galaxií a zpřesnění našich teoretických modelů vyvíjejícího se vesmíru.

Zdroj: https://freeastroscience.com/scgg-z5-lambda-cdm-model-early-universe/

autor: František Martinek