Az eddigi legtávolabbi ún. relaxált galaxishalmazt fedezte fel csillagászok egy csoportja, azaz a valaha észlelt legtávolabbi olyan galaxishalmazt, amelyet nem zavarnak meg más galaxishalmazokkal való heves ütközések. Ez a felfedezés megnyitja az utat annak megismeréséhez, hogy hogyan és mikor alakultak ki ezek a gigantikus struktúrák, és miért néz ki olyannak az univerzum napjainkban, amilyennek látjuk.

Ennek a távoli és fiatal galaxishalmaznak a megtalálásához a kutatók a NASA Chandra röntgenobszervatóriuma, a NASA Spitzer űrteleszkópja, a National Science Foundation/Department of Energy Déli-sarkon működő South Pole teleszkópja és a chilei Dark Energy Survey projekt adatait használták fel. Az eredményekről három cikkből álló sorozatban számoltak be.

A SPT-CL J2215-3537 (röviden SPT2215) jelű galaxishalmaz körülbelül 8,4 milliárd fényévre helyezkedik el a Földtől, és már akkor létezett, amikor a világegyetem mindössze 5,3 milliárd éves volt, szemben az Univerzum jelenlegi 13,8 milliárd éves korával. Ez azt jelenti, hogy az SPT2215 kialakulásakor a többi hasonló méretű halmazhoz képest előnyben volt, és az elmúlt egymilliárd évben csak „lebegett”, ami lehetővé tette számára, hogy „nyugodt” legyen. A csillagászok becslése szerint a halmaz tömege mintegy 700 billiószorosa a Napénak.

A galaxishalmazokat a bennük levő anyag gravitációja tartja össze több. Egy-egy galaxishalmaz több száz galaxist tartalmaz, a galaxisok közötti teret pedig hatalmas mennyiségű forró gáz és sötét anyag tölti ki. Ez a gáz, amelynek hőmérséklete több millió fok, és röntgensugárzást bocsát ki, nyomjelzője lehet annak, hogy mi történik a halmazzal.

Az SPT2215 néven ismert távoli galaxishalmaz több hullámhosszú kompozitképe, amelyhez röntgen-, ultraibolya, optikai és infravörös fény kombinációját használták. A kék felhő a Chandra által megfigyelt röntgensugárzó gázt mutatja. A felhő szívében lévő ködös aranyfény egy hatalmas központi galaxis, amelyben nagy mennyiségű csillag keletkeik.

A galaxishalmazok az idő során úgy növekednek, hogy összeolvadnak más galaxishalmazokkal vagy -csoportokkal, ami a halmazban található gázra is hatással van, és pl. aszimmetriákat vagy éles jellegzetességeket okoznak. Ha azonban elég idő telik el újabb ütközés nélkül, a gáz egyenletesen oszlik el.

„Eddig nem láttunk olyan távoli „nyugodt” galaxishalmazt, mint az SPT2215” – mondta Michael Calzadilla, a Massachusetts Institute of Technology (MIT) munkatársa, a nemrég megjelent három tanulmány egyikének vezető szerzője, amelyben megerősítették, hogy a halmaz „nyugodt”, és annak egyéb kulcsfontosságú tulajdonságait is bemutatták.

Az SPT2215 közepén egy nagy galaxis, annak közepén pedig egy óriási tömegű fekete lyuk található. Ebben a galaxisban nagy mennyiségű, keletkező csillagot is felfedeztek, amelyek kialakulását a nyugalomba jutó galaxisban lehűlő gáz táplálja.

Azt, hogy a gáz milyen gyorsan hűl le, hogy csillagok keletkezzenek belőle, a halmaz közepén lévő óriási fekete lyuk viselkedése határozza meg. Ha a fekete lyuk túl sok erős kitörést produkál, akkor a halmazban lévő gáz nagy része nem hűl le annyira, hogy nagy számban tudjanak keletkezni új csillagok. A Chandrával megfigyelt legtöbb nyugodt halmazzal ellentétben az SPT2215-ben található óriási fekete lyuk nem akadályozza meg a gáz lehűlését.

„Úgy tűnik, az SPT2215-ben lévő fekete lyuk elég csendes ahhoz, hogy virágozzon a csillagkeletkezés” – mondta Michael McDonald, szintén az MIT munkatársa, aki mindhárom tanulmány társszerzője.

Az SPT2215 másik kulcsfontosságú jellemzője a központi galaxis elszigeteltsége. Kb. 600 000 fényéven belül nincs más fényes vagy kiterjedt galaxis a közelben. Ez azt jelenti, hogy az elmúlt egymilliárd évben nem történt ütközés másik halmazzal, ami újabb bizonyíték arra, hogy az SPT2215 relaxált.

A tudósok nem voltak biztosak abban, hogy találnak olyan galaxishalmazt, amely az univerzumnak ebben a korszakában nyugodt, mert ebben az időszakban általában más galaxishalmazokkal vagy galaxiscsoportokkal való összeolvadással növelik méretüket.

„Az a tény, hogy az univerzum ilyen korai időszakában ez a halmaz ilyen hatalmas, gyors kialakulásra utal” – mondta Lindsey Bleem, az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumához tartozó Argonne Nemzeti Laboratórium munkatársa, aki csoportjával a 2020-ban megjelent első cikkben jelentette be a halmaz felfedezését. „Az a tény azonban, hogy nyugodt, az ellenkezőjét sugallja. Olyan mintha rögtön vacsora után egy tiszta, rendes konyhát keresnénk.”

Az SPT2215-ról közölt eredmények jó összhangban vannak a NASA James Webb űrteleszkópjának eredményeivel a galaxisoknak az Univerzum nagyon fiatal korban történő kialakulásával kapcsolatban.

„Az olyan relaxált halmazok, mint az SPT2215, útjelző táblaként szolgálnak az univerzum tágulásának mérésére” – mondta Adam Mantz, a Stanford Egyetem munkatársa, aki 2022-ben először számolt be az SPT2215 nyugodt állapotáról a Chandra-adatok felhasználásával. „Ha ehhez hasonló távoli objektumokat adunk az eddig rendelkezésre álló relaxált halmazokból álló mintánkhoz, pontosabban meghatározhatjuk a kozmikus tágulás gyorsulását és az azt mozgató sötét energia tulajdonságait.”

Forrás: Chandra