Sudar gigantskih galaktičkih klastera. Preveliko, prerano

Baš kada kosmolozi imaju funkcionalnu teoriju o tome kada i kako su se sudari galaksija dogodili u ranom svemiru, nešto je dovodi u pitanje. U ovom slučaju, izazivač je sudar dva masivna galaktička jata koja su zajedno formirala gigantsko jato galaksija.

Dogodili su se kada je Univerzum bio upola stariji, a prema teoriji, to je prerano. Rezultat sudara je jato galaksije El Gordo. A njegovo postojanje dovodi u pitanje najbolje prihvaćenu teoriju kosmologije, nazvanu standardni model Lambda-hladne tamne materije (obično skraćeno LCDM).

LCDM u osnovi postavlja ograničenja (ili parametre) na porijeklo i evoluciju strukture u Univerzumu. Ima tri dijela. Jedna je kosmološka konstanta Lambda (L). Povezuje se sa tamnom energijom. Drugi označava tamnu materiju (označena CDM). Treća je u osnovi obična materija (koja se često naziva “barionska”). Ovo je jednostavan način da se izrazi kako su nastala svojstva kosmosa koje vidimo. U suštini, to objašnjava strukturu svemira velikih razmjera kako se vidi u kosmičkoj mikrotalasnoj pozadini. Takođe opisuje distribuciju galaksija, obilje vodonika, helijuma i litijuma i ubrzano širenje svemira.

Dakle, kako El Gordo i njegov vremenski sukobljeni proces rađanja igraju pustoš sa LCDM? U tom modelu, galaksije se formiraju prve u Univerzumu. Zatim, kasnije, počinju da se kombinuju i stvaraju veće galaksije i jata galaksija. Za to je potrebno vrijeme, pa je problem da se pojave tako rano – kao što je to učinio El Gordo – u kosmičkoj istoriji.

Razumijevanje formiranja gigantskog galaktičkog klastera

Istraživački tim predvođen Elenom Asencio sa Univerziteta u Bonu otkrio je kada se ovaj sudar dogodio gledajući simulacije interakcije. Nakon detaljne analize, procijenili su masu rezultirajućeg klastera “El Gordo” korištenjem svjetlosti gravitacijskih sočiva iz pozadinskih galaksija. Ovo slabo sočivo i masa klastera potiču iz posmatranja Hubble svemirskog teleskopa iu poređenju sa novijim studijama JWST-a.

Autori su zatim pretraživali manje detaljne kosmološke LCDM simulacije koje pokrivaju veoma veliki volumen. Tragali su za simuliranim parovima klastera. Cilj je bio da se izbroji koliko je njih u velikoj mjeri analogno onome kakav je El Gordo bio neposredno prije sudara. Tim je koristio inovativnu metodu “lightcone tomography”. Smatra da se udaljeniji objekti posmatraju dalje u prošlost kada je bilo manje strukture.

Rezultati su otkrili da je napetost s LCDM vrlo ozbiljna za bilo koju vjerodostojnu brzinu sudara. Štaviše, preostala nesigurnost u El Gordovoj masi nije toliko značajna. Ali, postoje i drugi problemi koje treba riješiti. Jedan od njih je tajming u ranom Univerzumu. Kao što je spomenuto, sudar koji je proizveo El Gordo dogodio se prerano. To možete učiniti ako se sudar dogodi brže. I simulacija to pokazuje. Ali, iako je moguće dobiti simulaciju koja izgleda kao El Gordo nakon brzog sudara, takav je događaj suviše rijedak u LCDM-u. Bilo bi vrlo neobično pronaći dva takva masivna klastera na udaljenosti tako rano u kosmičkoj istoriji. Zatim, moraju se uputiti jedan prema drugom stvarno velikom brzinom. To zaista povećava kredibilitet.

El Gordo i drugi klasteri podižu napetost

Nova studija tima i preciznije mjerenje mase mogu dovesti do više napora da se simulira El Gordo kako bi se bolje razumio ovaj zagonetni objekt. To je zato što su Ascensio i njene kolege uspele da dobiju pouzdano merenje mase za El Gordo. Čini se da zapravo bolje radi sa LCDM modelom. Ipak, neka pitanja ostaju. “Ovo zaista smanjuje napetost s LCDM-om,” rekao je Ascensio, “ali je i dalje vrlo značajno za bilo koju vjerodostojnu brzinu sudara. Stotine detaljnih simulacija pokazuju da El Gordo ne može izgledati kao fotografije s mnogo manjom brzinom sudara koja bi se vjerojatno mogla pojaviti u LCDM-u.”

„Napetost“ nastaje jer bi klasteri trebalo duže da se formiraju nego što je to učinio El Gordo. I, prema LCDM-u, postoje i drugi za koje se čini da su se prebrzo formirali. Dr Indranil Banik sa Škole za fiziku i astronomiju u St Andrewsu u Škotskoj, koji je razvio statističku analizu korištenu u ovom projektu, rekao je: „Jato metaka je još jedan primjer visokoenergetskog sudara između dva jata galaksija, iako u kasnijoj epohi . Uzeto u kombinaciji sa El Gordom, situacija postaje još gora za LCDM. I nekoliko drugih primjera je poznato i spomenuto u našoj studiji.”

Klasteri nisu jedini objekti u ranom svemiru koji protežu granice LCDM modela. Nekoliko studija zasnovanih na rezultatima JWST otkriva da se čini da se pojedinačne galaksije same formiraju brže nego što trenutna teorija predviđa. Prema riječima Pavela Kroupe sa Univerziteta u Bonu i Karlovog univerziteta, ova iznenađujuće brža formacija podliježe promatranju. “Sada postoji mnogo dokaza da se formiranje strukture u svemiru dogodilo brže nego što se očekivalo u LCDM”, rekao je. “Trenutno istražujemo druge vrste dokaza za ovo.”

Šta je sledeće?

Uz preciznija mjerenja El Gordoove mase i drugih karakteristika, istraživački tim predviđa da će drugi ponovo posjetiti simulacije njegovog formiranja. Jedno pitanje na koje treba odgovoriti je da li ovaj masivni rani sudar ukazuje na kvarove u LCDM modu. Kako kažu u novinama: ostanite sa nama.

Za više informacija

Sudar klastera Titanik u ranom svemiru izaziva standardnu ​​kosmologiju
El Gordo galaktičko jato izaziva LCDM za bilo koju vjerodostojnu brzinu sudara
arXiv Preprint