Квазары — самые яркие объекты во Вселенной. Самые мощные из них в тысячи раз ярче целых галактик. Это видимая часть сверхмассивной черной дыры (СМЧД) в центре галактики. Интенсивный свет исходит от газа, притягивающегося к черной дыре, который при нагревании излучает свет на нескольких длинах волн.
Но квазары — это больше, чем просто яркие древние объекты. Они могут показать нам кое-что важное о темной материи.
В центрах крупных галактик есть сверхмассивные черные дыры. Даже те, кто лишь поверхностно знаком с космосом, знают, что черные дыры могут поглощать все, даже свет. Но поскольку черные дыры притягивают к себе близлежащий газ, газ не весь уходит в дыру, за горизонт событий и в небытие. Вместо этого большая часть газа образует вращающийся аккреционный диск вокруг черной дыры.
SMBH не всегда активно привлекают к себе материал — процесс, известный как «кормление». Но когда СМЧД активно питается, ее называют активным галактическим ядром (АЯГ). Когда материал в диске вращается, он нагревается. При нагревании он излучает электромагнитное излучение различной длины. Он также может испускать струи.
Когда астрономы впервые начали обнаруживать этот свет, они знали только, что видят объекты, излучающие радиоволны. Название квазар означает квазизвездный радиоисточник. Но со временем астрономы узнали больше, и был принят термин «активное галактическое ядро». Термин «квазар» все еще используется, но теперь это подкласс АЯГ, который является самым ярким АЯГ.
Квазары населяют галактики, окруженные огромными ореолами темной материи. Астрономы полагают, что существует связь между гало темной материи (DMH) и квазарами. DMH может направить больше материи к центру галактики, питая СМЧД и воспламеняя квазар, и даже способствуя образованию более массивных галактик.
Команда исследователей создала новый каталог квазаров, который станет мощным инструментом для исследования квазаров, DMH и SMBH. Их результаты представлены в новой статье в «Астрофизическом журнале» под названием «Quaia, каталог квазаров Gaia-unWISE: спектроскопический образец квазара всего неба». Ведущий автор — Кейт Стори-Фишер, научный сотрудник Международного физического центра Доностия в Испании.
«Этот каталог квазаров отличается от всех предыдущих каталогов тем, что он дает нам трехмерную карту самого большого в истории объема Вселенной», — сказал соавтор карты Дэвид Хогг, старший научный сотрудник Центра вычислительных вычислений Института Флэтайрон. Астрофизик из Нью-Йорка и профессор физики и науки о данных в Нью-Йоркском университете. «Это не каталог с наибольшим количеством квазаров и не каталог с измерениями квазаров самого высокого качества, но это каталог с самым большим общим объемом нанесенной на карту Вселенной».
Тот факт, что новый каталог охватывает самый большой общий объем нанесенной на карту Вселенной и все квазары в этом пространстве, является ключом к пониманию его цели. Это не исследование, охватывающее наибольшее количество квазаров. Каталог задуман как инструмент, который астрофизики смогут использовать для понимания взаимосвязей между квазарами, темной материей, черными дырами и галактиками.
Они называют свой каталог Quaia, потому что данные поступают с космического корабля ЕКА Gaia. Миссия Gaia — нанести на карту около одного миллиарда объектов Млечного Пути, в основном звезд. И он выполняет свою миссию с предельной точностью. Но среди множества звезд, которые нанесла на карту Гайя, есть большое количество квазаров, находящихся далеко за пределами Млечного Пути. Это породило название «Квайя».
«Мы смогли провести измерения того, как материя скапливается вместе в ранней Вселенной, с такой же точностью, как и некоторые из измерений крупных международных исследовательских проектов — что весьма примечательно, учитывая, что мы получили наши данные в качестве «бонуса» от Млечного Пути. сфокусированный проект Gaia», — говорит Стори-Фишер.
Темная материя имеет тенденцию скапливаться в гало вокруг галактик, и изучение распределения квазаров может помочь объяснить распределение темной материи. В больших масштабах Вселенной темная материя организована в виде паутины, и каталог квазаров помогает составить карту этой паутины.
Космический микроволновый фон (CMB), убедительное свидетельство Большого взрыва, также является частью этого процесса. Когда свет реликтового излучения движется к нам через пространство, огромная гравитационная сила паутины темной материи искривляет свет. Ученые могут сравнить получаемый нами свет реликтового излучения с картой квазаров и сравнить их. Они будут сравнивать взаимоотношения между темной материей и квазарами, а также то, как материя скапливается во Вселенной.
Поскольку квазары отслеживают космическую паутину, их распространение дает информацию о паутине, которую не могут получить другие источники. Например, он может проследить распределение материи на более высоких красных смещениях, чем это могут сделать галактики. А поскольку он базируется в космосе, он позволяет избежать некоторого загрязнения данных, от которого страдают другие исследования квазаров, такие как Слоановский цифровой обзор неба (SDSS).
Это не первая карта/каталог квазаров. Есть еще несколько, в том числе один из Слоановского цифрового обзора неба.
Как показано на анимации ниже, Quaia является более полным, чем DR16Q SDSS, каталог квазаров SDSS, который сопровождал выпуск данных 16.
через GIPHY
Хотя сама миссия «Гайя» не вызывает особых заголовков, она лежит в основе современной космической науки. Его данные лежат в основе множества опубликованных исследований.
«Этот каталог квазаров — отличный пример того, насколько продуктивны астрономические проекты», — говорит Хогг. «Гайя была создана для измерения звезд в нашей галактике, но одновременно она обнаружила миллионы квазаров, которые дают нам карту всей Вселенной».
Теперь новый каталог Quaia играет аналогичную роль. Содержащиеся в нем данные уже используются другими исследователями.
«Было очень интересно видеть, что этот каталог стимулирует столько новой науки», — говорит Стори-Фишер. «Исследователи по всему миру используют карту квазаров для измерения всего: от начальных флуктуаций плотности, которые заложили космическую паутину, до распределения космических пустот и движения нашей Солнечной системы во Вселенной».
