“Уэбб” обнаружил плотный космический узел в ранней Вселенной

Астрономы, исследующие раннюю Вселенную, сделали удивительное открытие с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба: скопление массивных галактик в процессе формирования вокруг чрезвычайно красного квазара.

Полученные результаты расширит наше понимание того, как скопления галактик в ранней Вселенной собирались вместе и сформировали космическую паутину, которую мы видим сегодня, рассказывают в НАСА.

Квазар, особый тип активного галактического ядра (AGN), является компактной областью со сверхмассивной черной дырой в центре галактики. Газ, попадающий в сверхмассивную черную дыру, делает квазар достаточно ярким для ослепления всех звезд галактики.

Исследованный Уэббом квазар под названием SDSS J165202.64+172852.3 существовал 11,5 миллиардов лет назад. Он необычно красный не только из-за собственного красного цвета, но и из-за того, что свет галактики был красно смещен из-за ее огромного расстояния. Это сделало "Уэбб", который имеет беспрецедентную чувствительность в инфракрасном диапазоне длин волн, идеально приспособленным для детального изучения галактики.

Этот квазар является одним из самых мощных известных галактических ядер, которые были замечены на таком экстремальном расстоянии. Астрономы предполагают, что экстремальная эмиссия квазара может вызвать "галактический ветер", который выталкивает свободный газ из галактики-хозяина и, возможно, сильно влияет на будущее звездообразование в ней.

Для исследования движения газа, пыли и звездного материала в галактике команда использовала Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) телескопа. Этот мощный инструмент использует технику, которая называется спектроскопия, чтобы посмотреть на движение различных потоков и ветров, окружающих квазар. NIRSpec может одновременно собирать спектры по всему полю зрения телескопа, а не только с одной точки за раз, что позволяет "Уэббу" одновременно исследовать квазар, его галактику и более широкое окружение.

Предыдущие исследования космического телескопа "Хаббл" и других обсерваторий обратили внимание на мощные излучения квазара, и астрономы предположили, что его галактика может сливаться с каким-то невидимым партнером. Но команда не ожидала, что данные NIRSpec "Уэбба" четко укажут на то, что вокруг него вращается не одна галактика, а по меньшей мере еще три. Благодаря спектрам, охватывающим широкую область, можно было нанести на карту движения всего этого окружающего материала, в результате чего был сделан вывод, что красный квазар на самом деле был частью плотного узла галактического формирования.

«Существует немного протоскоплений галактик, известных в это раннее время. Их трудно найти, и очень мало из них успели сформироваться с момента Большого взрыва», - сказала астроном Доминика Вилезалек из Гейдельбергского университета в Германии, которая руководила исследованием с "Уэббом". «Это может в конечном итоге помочь нам понять, как эволюционируют галактики в плотных средах. Это захватывающий результат».

Используя наблюдения с NIRSpec, команда смогла подтвердить наличие трех галактических спутников у этого квазара и показать, как они связаны. Архивные данные "Хаббла" намекают на то, что их может быть еще больше. Изображения с Широкоугольной камеры-3 "Хаббла" показали расширенный материал, окружающий квазар и его галактику, что побудило выбрать его для исследования его оттока и влияния на его галактику-хозяина. Теперь команда подозревает, что они могли смотреть на ядро целого скопления галактик — только теперь обнаруженное четкими изображениями Уэбба.

«Наш первый взгляд на данные быстро обнаружил четкие признаки крупных взаимодействий между соседними галактиками», - поделился член команды Андрей Вейнер из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд. «Чувствительность инструмента NIRSpec была сразу же заметна, и мне стало ясно, что мы находимся в новой эре инфракрасной спектроскопии».

Три подтвержденные галактики вращаются друг вокруг друга на невероятно высоких скоростях, что свидетельствует о наличии большой массы. В сочетании с тем, насколько тесно они упакованы в области вокруг этого квазара, команда считает, что это знаменует собой одну из самых плотных известных областей формирования галактик в ранней Вселенной. «Даже плотного узла темной материи недостаточно, чтобы объяснить это», - говорит Вилезалек. «Мы думаем, что можем видеть область, где два массивных ореола темной материи сливаются вместе». Темная материя является невидимым компонентом Вселенной, который удерживает галактики и скопления галактик вместе, и считается, что она образует "гало", которое выходит за пределы звезд в этих структурах.

Исследование, проведенное командой Вилезалека, является частью исследований с помощью "Уэбба" ранней Вселенной. Благодаря своей беспрецедентной способности заглянуть в прошлое, телескоп уже используется для исследования того, как формировались и развивались первые галактики, а также того, как образовывались черные дыры и как они влияли на структуру Вселенной. Команда планирует дальнейшие наблюдения за этим неожиданным протоскуплением галактик и надеется с его помощью понять, как формируются плотные, хаотичные скопления галактик, подобные этому, и как на них влияет активная, сверхмассивная черная дыра в его центре.

Результаты будут опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters. Это исследование было завершено в рамках научной программы Webb's Early Release Science #1335.

Космічний телескоп Джеймса Вебба

Космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) — спільний проєкт НАСА, Канадського космічного агентства та Європейського космічного агентства. “Вебб” було запущено у космос 25 грудня 2021 року, а перше отримане зображення опубліковано 11 липня 2022 року.

Він оснащений 6,5-метровим первинним дзеркалом з 18 окремих сегментів, виготовлених з надлегкого берилію. Дзеркало перпендикулярно розміщено на п'ятишаровому сонцезахисному екрані розміром з тенісний корт, який послаблює сонячне випромінювання у понад мільйон разів. Під екраном — направлена на Землю антена, сонячні батареї та інше.

Чотири наукові інструменти “Вебба” — камери й спектрометри — мають детектори, які здатні реєструвати надзвичайно слабкі сигнали. Це:

• Камера ближнього інфрачервоного діапазону (NIRCam) — основна камера телескопа, яка охоплює інфрачервоний діапазон довжин хвиль від 0,6 до 5 мкм. NIRCam здатна реєструвати світло від: найбільш ранніх зірок і галактик, що знаходяться в процесі формування, зоряної популяції в сусідніх галактиках, а також молодих зірок Чумацького Шляху та об'єктів поясу Койпера. Камера оснащена коронографами — інструментами, які дозволяють астрономам робити знімки дуже слабких об'єктів навколо центрального яскравого об'єкта, наприклад, зоряних систем. Коронографи NIRCam працюють, блокуючи світло яскравішого об'єкта, дозволяючи розглядати тьмяніший об'єкт поблизу — так само, як захист сонця від очей піднятою рукою дозволяє зосередитися на краєвиді, що знаходиться перед вами. За допомогою коронографів астрономи сподіваються визначити характеристики планет, що обертаються навколо найближчих зірок.
• Спектрограф ближнього інфрачервоного діапазону (NIRSpec) працює в діапазоні від 0,6 до 5 мікрон. Спектрограф (який також іноді називають спектрометром) використовується для розсіювання світла від об'єкта в спектр. Аналіз спектру об'єкта може розповісти нам про його фізичні властивості, включаючи температуру, масу й хімічний склад. Атоми й молекули в об'єкті фактично залишають на його спектрі лінії, які унікально відображають кожен присутній хімічний елемент і можуть розкрити велику кількість інформації про фізичні умови в об'єкті. Спектроскопія й спектрометрія (науки про інтерпретацію цих ліній) є одними з найгостріших інструментів в арсеналі для дослідження космосу. Спектрограф ближнього інфрачервоного діапазону (NIRSpec) працюватиме в діапазоні довжин хвиль від 0,6 до 5 мікрон. Спектрограф (який також іноді називають спектрометром) використовується для розсіювання світла від об'єкта в спектр. Аналіз спектру об'єкта може розповісти нам про його фізичні властивості, включаючи температуру, масу і хімічний склад. Атоми і молекули в об'єкті фактично залишають на його спектрі лінії, які унікально відображають кожен присутній хімічний елемент і можуть розкрити велику кількість інформації про фізичні умови в об'єкті. Спектроскопія і спектрометрія (науки про інтерпретацію цих ліній) є одними з найгостріших інструментів в арсеналі для дослідження космосу. Багато з об'єктів, які вивчатиме "Вебб", наприклад, перші галактики , що утворилися після Великого вибуху, настільки тьмяні, що гігантське дзеркало “Вебба” повинно дивитися на них сотні годин, щоб зібрати достатньо світла для формування спектра. Для того, щоб вивчити тисячі галактик протягом своєї місії, NIRSpec розрахований на одночасне спостереження за 100 об'єктами.
• Інструмент середнього інфрачервоного діапазону (MIRI) має як камеру, так і спектрограф, який бачить світло в середньому інфрачервоному діапазоні електромагнітного спектру, з довжинами хвиль, які довші, ніж бачить наше око. MIRI охоплює діапазон довжин хвиль від 5 до 28 мікрон. Його чутливі детектори дозволять бачити червоний зсув світла далеких галактик, новоутворених зірок та слабко видимих комет, а також об'єктів у поясі Койпера. Камера MIRI надає широкосмугове широкопольне зображення. Спектрограф дозволяє проводити спектроскопію із середньою роздільною здатністю, що дозволяє отримувати нові фізичні деталі спостережуваних далеких об'єктів.
• Датчик точного наведення/ближній інфрачервоний тепловізор і безщілинний спектрограф (FGS/NIRISS). FGS дозволяє "Веббу" точно наводитись на ціль, що дає змогу отримувати високоякісні зображення. Частина FGS/NIRISS, що складається з тепловізора ближнього інфрачервоного діапазону та безщілинного спектрографа, використовується для дослідження наступних наукових цілей: виявлення першого світла, виявлення та визначення характеристик екзопланет , а також спектроскопія транзитного проходження екзопланет. FGS/NIRISS має діапазон довжин хвиль від 0,8 до 5,0 мкм та є спеціалізованим інструментом з трьома основними режимами, кожен з яких працює в окремому діапазоні довжин хвиль.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.