У ранньому Всесвіті околиці квазарів дійсно захаращені, підтверджують спостереження

Спостереження за допомогою Камери темної енергії (DECam), підтверджують очікування астрономів, що квазари раннього Всесвіту формувалися в регіонах космосу, густо заселених меншими галактиками-супутниками.

Вирішальну роль у досягненні цього висновку відіграли винятково широке поле зору DECam і спеціальні фільтри, а спостереження показують, чому попередні дослідження, які намагалися схарактеризувати щільність околиць квазарів раннього Всесвіту, давали суперечливі результати. Про це розповідають в Національній дослідницькій лабораторії оптичної та інфрачервоної астрономії (NOIRLab) США, передають OstanniPodii.com.

Квазари -- найяскравіші об′єкти у Всесвіті, які світять за рахунок акреції речовини в диск навколо надмасивних чорних дір у центрах галактик.

Дослідження показали, що квазари раннього Всесвіту мали настільки масивні чорні діри, що вони повинні були поглинати газ з дуже високою швидкістю, що змусило більшість астрономів вважати, що ці квазари утворилися в одних з найщільніших середовищ у Всесвіті, де газ був найдоступнішим. Однак спостереження, які мали б підтвердити цей висновок, досі давали суперечливі результати.

Тепер нове дослідження з використанням DECam вказує шлях до пояснення цих розрізнених спостережень, а також до логічної схеми, яка пов′язує спостереження з теорією. Дослідження було опубліковане в журналі Astronomy & Astrophysics.

DECam була виготовлена Міністерством енергетики США та встановлена на 4-метровому телескопі Віктора М. Бланко Національного наукового фонду (NSF) США в Міжамериканській обсерваторії Серро Тололо в Чилі, в рамках програми NSF NOIRLab.

Дослідженням керував Трістан Ламберт, який завершив цю роботу як аспірант Інституту астрофізичних досліджень Університету Дієго Порталеса в Чилі, а зараз працює постдоком в Університеті Західної Австралії в Міжнародному центрі радіоастрономічних досліджень (ICRAR).

Використовуючи величезне поле зору DECam, команда провела найбільший в історії пошук на небі навколо квазара раннього Всесвіту, щоб виміряти щільність його оточення, підрахувавши кількість навколишніх галактик-супутників.

Для дослідження команді потрібен був квазар з чітко визначеною відстанню. На щастя, квазар VIK 2348-3054 має відому відстань, визначену попередніми спостереженнями за допомогою Великої міліметрової/субміліметрової антенної решітки в Атакамі (ALMA), а поле зору DECam у три квадратні градуси дозволило розширено розглянути його космічне оточення.

До речі, DECam також оснащений вузькосмуговим фільтром, який ідеально підходить для виявлення галактик-супутників квазара. "Це дослідження квазара було справді ідеальним штормом", - каже Ламберт.

"У нас був квазар з добре відомою відстанню, а DECam на телескопі Бланко пропонував величезне поле зору й точний фільтр, який нам був потрібен".

Спеціалізований фільтр DECam дозволив команді підрахувати кількість галактик-супутників навколо квазара, виявивши дуже специфічний тип світла, який вони випромінюють, відомий як випромінювання Лайман-альфа. Випромінювання Лайман-альфа -- це специфічна енергетична характеристика водню, що утворюється, коли він іонізується, а потім рекомбінується в процесі зореутворення.

Випромінювачами Лайман-альфа зазвичай є молоді, менші галактики, та їхнє випромінювання Лайман-альфа можна використовувати як спосіб надійного вимірювання відстаней до них. Вимірювання відстаней для кількох випромінювачів Лайман-альфа можна використати для побудови 3D-карти околиць квазара.

Після систематичного картування області простору навколо квазара VIK J2348-3054 Ламберт і його команда знайшли 38 галактик-супутників у більш широкому оточенні навколо квазара -- на відстані 60 мільйонів світлових років -- що відповідає тому, що очікується для квазарів, які проживають у щільних регіонах. Однак вони були здивовані, коли виявили, що в радіусі 15 мільйонів світлових років від квазара не було жодного супутника.

Цей висновок висвітлює реальність минулих досліджень, спрямованих на класифікацію оточень квазарів раннього Всесвіту, і пропонує можливе пояснення, чому вони давали суперечливі результати. Жодне інше дослідження такого роду не використовувало таку велику область пошуку, як та, що надається DECam, тому для пошуку на менших площах оточення квазара може здаватися оманливо порожнім.

"Надзвичайно широкий огляд DECam необхідний для ретельного вивчення околиць квазарів. Ви дійсно повинні відкритися на більшу площу", - каже Ламберт. "Це дає розумне пояснення, чому попередні спостереження суперечать одне одному".

Команда також пропонує пояснення відсутності галактик-супутників у безпосередній близькості від квазара. Вони припускають, що інтенсивність випромінювання квазара може бути достатньо великою, щоб вплинути або потенційно зупинити формування зірок у цих галактиках, роблячи їх невидимими для наших спостережень.

"Деякі квазари не є тихими сусідами", - каже Ламберт. "Зорі в галактиках утворюються з газу, який досить холодний, щоб колапсувати під дією власної гравітації. Квазари, що сяють, потенційно можуть бути настільки яскравими, що освітлюватимуть цей газ у сусідніх галактиках і нагріватимуть його, запобігаючи такому колапсу".

Наразі команда Ламберта проводить додаткові спостереження, щоб отримати спектри й підтвердити пригнічення зореутворення. Вони також планують спостерігати за іншими квазарами, щоб створити більш надійну вибірку.

• Квазари