Скопления галактик, объединяющие тысячи звездных систем, по праву считаются крупнейшими гравитационно-связанными структурами в космосе. Благодаря своей колоссальной массе они способны работать как мощные гравитационные линзы.
Древнее скопление XLSSC 122 расположилось на одной линии с более далекими объектами, выступая в роли космической линзы: оно искривляет и усиливает свет, идущий из глубин Вселенной. Использование телескопа «Уэбб» позволило астрономам детально изучить это искажение и с беспрецедентной точностью вычислить массу самого XLSSC 122.
В эпоху, когда возраст Вселенной составлял лишь малую часть нынешнего, большинство скоплений находились на этапе формирования. Однако XLSSC 122 выбивается из общего ряда: оно аномально массивное, плотное и структурно упорядоченное, напоминая скорее зрелые современные аналоги.
Результаты этих изысканий изложены в трех новых научных статьях в «The Astrophysical Journal» и были представлены на 248-м заседании Американского астрономического общества. Ведущим автором одной из публикаций выступил Кайл Финнер из Центра обработки и анализа инфракрасных данных (IPAC).
«Первые же кадры с „Уэбба“ вызвали настоящий восторг: эффект гравитационного линзирования здесь проявляется невероятно ярко», — отмечает Финнер. «XLSSC 122 стало рекордсменом среди самых далеких объектов, работающих как гравитационные линзы, предоставив нам уникальный исследовательский инструмент».
Объект был открыт в 2014 году обсерваторией XMM-Newton, зафиксировавшей в нем колоссальные объемы раскаленного газа. Последующие наблюдения «Хаббла» подтвердили, что скопление находится в 10,4 миллиарда световых лет от Земли и уже тогда демонстрировало необычную для того периода развития «зрелость».
Однако именно «Уэбб» выявил главную особенность: характерные дуги искаженного света, которые оставались невидимыми для «Хаббла», отчетливо проступили на новых снимках. «До эры „Уэбба“ мы не могли позволить себе изучение столь отдаленных структур с такой высокой детализацией», — подчеркивает Финнер.
Помимо звезд и газа, в подобных скоплениях доминирует темная материя, которая и формирует гравитационную «линзу», служа своего рода каркасом для всей структуры Вселенной. Исследование XLSSC 122 помогает ученым глубже понять распределение этого невидимого вещества.
«Сильное линзирование позволяет нам „взвесить“ темную материю, даже не видя её напрямую, что дает отличную возможность для тестирования современных космологических моделей», — объясняет ученый.
Помимо сильного эффекта, объект демонстрирует и слабое линзирование, которое позволяет оценить общую массу скопления, включая его периферийные области, что дает астрономам целостную картину строения структуры.
Мультиволновые исследования подтверждают, что в XLSSC 122 полным ходом идет процесс слияния галактик. Данные «Чандры», «МирКат», ALMA и «Уэбба» указывают на выраженную динамическую активность вдоль оси северо-восток–юго-запад, что свидетельствует о продолжающейся перестройке недр скопления.
Особого внимания удостоилось внутрикластерное свечение (ICL) — слабое диффузное излучение звезд, вырванных приливными силами из своих галактик. Тот факт, что это свечение еще не сконцентрировалось в ядре, окончательно подтверждает: слияние находится в самой активной фазе.
«Пространственное наложение распределения ICL на области концентрации темной материи доказывает, что этот свет — своего рода маркер текущих гравитационных потрясений», — поясняет Финнер.
XLSSC 122 — это ключ к пониманию эволюции Вселенной, вынуждающий ученых пересматривать устоявшиеся теории формирования структур. И это лишь начало: «Уэбб» открывает доступ к изучению сотен подобных объектов, что позволит перевести теоретическую космологию на уровень экспериментальной науки.
