Карта линейного излучения водорода (красный и синий) и кислорода (зеленый цвет) в системе PJ308-21, показанная после маскировки света центрального квазара («QSO»). Различные цвета родительской галактики квазара и галактик-компаньонов на этой карте раскрывают физические свойства газа внутри них. Фото предоставлено: Декарли/INAF/A&A 2024.
Международная исследовательская группа во главе с Итальянским национальным институтом астрофизики (INAF), в которую входят 34 исследовательских института и университета по всему миру, использовала спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) на борту космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) для изучения драматического взаимодействия между квазар в системе PJ308–21 и две массивные галактики-спутники в далекой Вселенной.
Наблюдения, проведенные в сентябре 2022 года, выявили беспрецедентные и впечатляющие детали, позволившие по-новому взглянуть на рост галактик в ранней Вселенной. Результаты, представленные 5 июля на заседании Европейского астрономического общества (EAS 2024) в Падуе, Италия, будут вскоре опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysicals.
Наблюдения этого квазара (описанного теми же авторами в другом исследовании, опубликованном в мае прошлого года) – одного из первых исследований с помощью NIRSpec, когда Вселенной было меньше миллиарда лет (красное смещение z = 6,2342) – позволили получить данные сенсационного качества: инструмент «захватил» спектр квазара с погрешностью менее 1 процента на пиксель.
Родительская галактика PJ308–21 имеет высокую металличность и условия фотоионизации, типичные для активного ядра галактики (АЯГ), тогда как одна из галактик-спутников имеет низкую металличность (что означает обилие химических элементов тяжелее водорода и гелия) и обладает фотоионизацией. вызванное звездообразованием; Более высокая металличность характерна для второй галактики-спутника, частично фотоионизованной квазаром.
Открытие позволило астрономам определить массу сверхмассивной черной дыры в центре системы (около 2 миллиардов солнечных масс). Это также подтвердило, что как квазар, так и окружающие его галактики имеют очень высокую массу и обогащение металлами и постоянно растут.
Это имеет глубокие последствия для нашего понимания космической истории и химической эволюции галактик и подчеркивает преобразующее воздействие этого исследования.
Роберто Декарли, исследователь INAF в Болонье и первый автор статьи, объясняет: «Наше исследование показывает, что как черные дыры в центре квазаров с высоким красным смещением, так и галактики, в которых они находятся, существовали с первого миллиарда лет космической истории и подвергались испытаниям. чрезвычайно эффективный и быстрый рост, чему способствует богатая галактическая среда, в которой возникают эти источники».
Данные были получены в сентябре 2022 года в рамках программы 1554, одного из девяти итальянских проектов первого цикла наблюдений JWST. Декарли возглавляет эту программу по наблюдению за слиянием галактики, содержащей квазар (PJ308-21), с двумя его галактиками-спутниками.
Наблюдения проводились в режиме интегрально-полевой спектроскопии: для каждого пикселя изображения можно наблюдать спектр всего оптического диапазона (в системе покоя источника), сдвинутого в сторону инфракрасной области за счет расширения Вселенной. Это позволяет изучать различные гостевые трассеры (линии излучения) с использованием трехмерного подхода.
Благодаря этой методике команде под руководством INAF удалось обнаружить пространственно обширные выбросы различных элементов, которые были использованы для изучения свойств ионизированной межзвездной среды, включая источник и жесткость поля фотоионизирующего излучения, содержание металлов, затемнение пылью. , плотность и температура электронов, а также скорость звездообразования.
Кроме того, исследователям удалось обнаружить незначительное излучение звездного света, связанное с сопутствующими источниками.
Федерика Лойаконо, астрофизик, научный сотрудник и постдокторант INAF, объясняет: «Благодаря NIRSpec в системе PJ308-21 мы можем впервые изучать оптический диапазон, богатый ценными диагностическими данными о свойствах газа вблизи черная дыра в Галактике, в которой находится квазар, и окружающих галактиках.
«Например, мы можем увидеть излучение атомов водорода и сравнить его с химическими элементами, производимыми звездами, чтобы определить, насколько богат газ в галактиках металлами.
«Опыт, полученный в сокращении и калибровке этих данных, некоторые из которых были первыми, полученными с помощью NIRSpec в режиме интегральной полевой спектроскопии, дал итальянскому сообществу стратегическое преимущество в управлении аналогичными данными из других программ». Итальянское контактное лицо по сокращению данных NIRSpec в Центре поддержки INAF JWST.
Она добавляет: «Благодаря чувствительности космического телескопа Джеймса Уэбба в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне стало возможным изучать спектр квазара и его галактик-компаньонов в далекой Вселенной с беспрецедентной точностью. Только превосходное «видение», которое предлагает JWST с его беспрецедентными возможностями, может обеспечить такие наблюдения».
Эта работа была настоящими «эмоциональными американскими горками», продолжил Декарли, «с необходимостью разработки инновационных решений для преодоления первоначальных трудностей, связанных с сокращением данных».
Это революционное воздействие бортовых инструментов космического телескопа Джеймса Уэбба подчеркивает его решающую роль в продвижении астрофизических исследований.
«Еще несколько лет назад данные об обогащении металлами (которые имеют решающее значение для понимания химической эволюции галактик) были для нас почти недостижимы, особенно на таких расстояниях. Теперь мы можем составить их подробную карту всего за несколько часов наблюдения». , даже в галактиках, которые наблюдались, когда Вселенная была еще на ранних стадиях своего развития», — заключает Декарли.
Информация от: Национальным институтом астрофизики.
