Наблюдения с помощью камеры темной энергии (DECam), созданной Министерством энергетики США, на 4-метровом телескопе Виктора М. Бланко Национального научного фонда США подтверждают предположение астрономов о том, что квазары в ранней Вселенной формировались в областях космоса, густо населенных меньшими галактиками-компаньонами. Исключительно широкое поле зрения DECam и специальные фильтры сыграли решающую роль в этом выводе, и наблюдения показывают, почему предыдущие исследования, характеризующие плотность среды квазаров в ранней Вселенной, дали противоречивые результаты. Фото предоставлено: NOIRLab/NSF/AURA/M. Гарлик/Дж. да Силва (Космический двигатель)/М. Замани
Квазары являются самыми яркими объектами во Вселенной и питаются материалом, сталкивающимся со сверхмассивными черными дырами в центрах галактик.
Исследования показали, что квазары в ранней Вселенной имели черные дыры настолько массивные, что они, должно быть, поглотили много газа. Поэтому большинство астрономов полагают, что эти квазары сформировались в некоторых из самых плотных сред Вселенной, где присутствовало больше всего газа. Однако наблюдательные измерения, призванные подтвердить этот вывод, пока дали противоречивые результаты.
Новое исследование с использованием камеры темной энергии (DECam) теперь показывает как объяснение этих различных наблюдений, так и логическую основу для связи наблюдения и теории. Исследование было опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysicals.
DECam был изготовлен Министерством энергетики и установлен на 4-метровом телескопе Виктора М. Бланко Национального научного фонда США в Межамериканской обсерватории Серро Тололо в Чили в рамках программы NSF NOIRLab.
Исследование возглавил Тристан Ламберт, который завершил эту работу в качестве аспиранта Института астрофизических исследований Университета Диего Порталеса в Чили, а сейчас является научным сотрудником в Узловом центре Университета Западной Австралии в Международном центре радиоастрономических исследований. (ИКРАР).
Воспользовавшись огромным полем зрения DECam, команда провела крупнейшее в истории исследование неба вокруг квазара в ранней Вселенной, чтобы определить плотность его окружения путем подсчета количества окружающих его галактик-компаньонов.
Для своего исследования команде понадобился квазар с точно определенным расстоянием. К счастью, расстояние до квазара VIK 2348-3054 известно и определено предыдущими наблюдениями с помощью Большой миллиметровой/субмиллиметровой решетки Атакамы (ALMA), а поле зрения DECam в три квадратных градуса позволило всесторонне взглянуть на его космические окрестности.
К счастью, DECam также оснащен узкополосным фильтром, который идеально настроен для обнаружения галактик-компаньонов. «Это исследование квазара было действительно идеальным штормом», — говорит Ламберт.
«У нас был квазар с известным расстоянием, и DECam на телескопе Бланко обеспечил огромное поле зрения и точный фильтр, который нам был нужен».
Используя специальный фильтр DECam, команда смогла определить количество галактик-компаньонов вокруг квазара, обнаружив очень специфический тип света, который они излучают: так называемое Лайман-альфа-излучение. Лайман-альфа-излучение — это особая энергетическая характеристика водорода, которая создается при его ионизации, а затем рекомбинации в процессе звездообразования.
Излучатели Лайман-альфа обычно представляют собой более молодые и меньшие по размеру галактики, и их излучение Лайман-альфа можно использовать в качестве метода надежного измерения расстояний до них. Измерения расстояний для нескольких альфа-излучателей Лаймана затем можно использовать для создания трехмерной карты окрестностей квазара.
После того, как Ламберт и его команда систематически нанесли на карту пространство вокруг квазара VIK J2348-3054, они обнаружили 38 галактик-компаньонов в более широкой окрестности квазара — на расстоянии до 60 миллионов световых лет — что соответствует ожиданиям относительно квазаров в плотных регионах. Однако они были удивлены, обнаружив, что в радиусе 15 миллионов световых лет от квазара вообще не было галактик-компаньонов.
Этот результат проливает свет на реальность предыдущих исследований, классифицирующих окружение квазаров в ранней Вселенной, и дает возможное объяснение того, почему они дали противоречивые результаты. Ни одно другое исследование такого рода не использовало такую большую область поиска, как DECam, поэтому окрестности квазара могут казаться обманчиво пустыми при поиске меньших областей.
«Для тщательного изучения окрестностей квазаров требуется чрезвычайно широкое поле зрения DECam. Вам действительно нужно охватить большую территорию», — говорит Ламберт. «Это дает разумное объяснение тому, почему предыдущие наблюдения противоречат друг другу».
Команда также предлагает объяснение отсутствия галактик-компаньонов в непосредственной близости от квазара. Они предполагают, что интенсивность излучения квазара может быть достаточно большой, чтобы повлиять или, возможно, остановить образование звезд в этих галактиках, делая их невидимыми для наших наблюдений.
«Некоторые квазары не являются тихими соседями», — говорит Ламберт. «Звезды в галактиках образуются из газа, который достаточно холоден, чтобы схлопнуться под действием собственной гравитации. Светящиеся квазары потенциально могут быть настолько яркими, что освещают и нагревают этот газ в близлежащих галактиках, предотвращая этот коллапс».
Команда Ламберта в настоящее время проводит дальнейшие наблюдения для получения спектров и подтверждения подавления звездообразования. Они также планируют наблюдать за другими квазарами, чтобы получить более надежную выборку.
«Эти результаты демонстрируют ценность продуктивного партнерства Национального научного фонда с Министерством энергетики», — сказал Крис Дэвис, директор программы NSF для NSF NOIRLab.
«Мы ожидаем, что производительность резко увеличится с появлением будущей обсерватории Веры К. Рубин NSF-DOE, объекта следующего поколения, который расскажет еще больше о ранней Вселенной и этих замечательных объектах».
Информация от: Ассоциацией университетов астрономических исследований.
