“Вебб” виявив щільний космічний вузол у ранньому Всесвіті

Астрономи, які досліджують ранній Всесвіт, зробили дивовижне відкриття за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба: скупчення масивних галактик в процесі формування навколо надзвичайно червоного квазара.

Отримані результати розширить наше розуміння того, як скупчення галактик у ранньому Всесвіті збиралися разом і сформували космічну павутину, яку ми бачимо сьогодні, розповідають в НАСА.

Квазар, особливий тип активного галактичного ядра (AGN), є компактною областю з надмасивною чорною дірою в центрі галактики. Газ, що потрапляє в надмасивну чорну діру, робить квазар досить яскравим для засліплення всіх зірок галактики.

Досліджений Веббом квазар під назвою SDSS J165202.64+172852.3 існував 11,5 мільярдів років тому. Він незвично червоний не лише через власний червоний колір, але й через те, що світло галактики було червоно зміщене через її величезну відстань. Це зробило "Вебб", який має безпрецедентну чутливість в інфрачервоному діапазоні довжин хвиль, ідеально пристосованим для детального вивчення галактики.

Цей квазар є одним з найпотужніших відомих галактичних ядер, які були помічені на такій екстремальній відстані. Астрономи припускають, що екстремальна емісія квазара може викликати "галактичний вітер", який виштовхує вільний газ з галактики-хазяїна та, можливо, сильно впливає на майбутнє зореутворення в ній.

Для дослідження руху газу, пилу й зоряного матеріалу в галактиці команда використовувала Спектрограф ближнього інфрачервоного діапазону (NIRSpec) телескопа. Цей потужний інструмент використовує техніку, яка називається спектроскопія, щоб подивитися на рух різних потоків і вітрів, що оточують квазар. NIRSpec може одночасно збирати спектри по всьому полю зору телескопа, а не тільки з однієї точки за раз, що дозволяє Веббу одночасно досліджувати квазар, його галактику та більш широке оточення.

Попередні дослідження космічного телескопа "Хаббл" та інших обсерваторій звернули увагу на потужні випромінювання квазара, й астрономи припустили, що його галактика може зливатися з якимось невидимим партнером. Але команда не очікувала, що дані NIRSpec "Вебба" чітко вкажуть на те, що навколо нього обертається не одна галактика, а щонайменше ще три. Завдяки спектрам, що охоплюють широку область, можна було нанести на карту рухи всього цього навколишнього матеріалу, в результаті чого був зроблений висновок, що червоний квазар насправді був частиною щільного вузла галактичного формування.

“Існує небагато протоскупчень галактик, відомих в цей ранній час. Їх важко знайти, і дуже мало з них встигли сформуватися з моменту Великого вибуху”, - сказала астрономка Домініка Вилезалек з Гейдельберзького університету в Німеччині, яка керувала дослідженням з "Веббом". “Це може в кінцевому підсумку допомогти нам зрозуміти, як еволюціонують галактики в щільних середовищах. Це захопливий результат”.

Використовуючи спостереження з NIRSpec, команда змогла підтвердити наявність трьох галактичних супутників у цього квазара та показати, як вони пов'язані. Архівні дані "Хаббла" натякають на те, що їх може бути ще більше. Зображення з Ширококутної камери-3 "Хаббла" показали розширений матеріал, що оточує квазар та його галактику, що спонукало вибрати його для дослідження його відтоку й впливу на його галактику-хазяїна. Тепер команда підозрює, що вони могли дивитися на ядро цілого скупчення галактик — тільки тепер виявлене чіткими зображеннями Вебба.

“Наш перший погляд на дані швидко виявив чіткі ознаки великих взаємодій між сусідніми галактиками”, - поділився член команди Андрій Вейнер з Університету Джона Хопкінса в Балтіморі, штат Мериленд. “Чутливість інструменту NIRSpec була відразу ж помітна, і мені стало ясно, що ми перебуваємо в новій ері інфрачервоної спектроскопії”.

Три підтверджені галактики обертаються одна навколо одної на неймовірно високих швидкостях, що свідчить про наявність великої маси. У поєднанні з тим, наскільки тісно вони упаковані в області навколо цього квазара, команда вважає, що це знаменує собою одну з найщільніших відомих областей формування галактик в ранньому Всесвіті. “Навіть щільного вузла темної матерії недостатньо, щоб пояснити це”, - говорить Вилезалек. “Ми думаємо, що можемо бачити область, де два масивних ореоли темної матерії зливаються разом”. Темна матерія є невидимим компонентом Всесвіту, який утримує галактики та скупчення галактик разом, і вважається, що вона утворює "гало", яке виходить за межі зірок в цих структурах.

Дослідження, проведене командою Вилезалека, є частиною досліджень за допомогою "Вебба" раннього Всесвіту. Завдяки своїй безпрецедентній здатності зазирнути в минуле, телескоп вже використовується для дослідження того, як формувалися та розвивалися перші галактики, а також того, як утворювалися чорні діри та як вони впливали на структуру Всесвіту. Команда планує подальші спостереження за цим несподіваним протоскупченням галактик і сподівається з його допомогою зрозуміти, як формуються щільні, хаотичні скупчення галактик, подібні до цього, та як на них впливає активна, надмасивна чорна діра в його центрі.

Результати будуть опубліковані в журналі The Astrophysical Journal Letters. Це дослідження було завершено в рамках наукової програми 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 ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.