אסטרונומים המתבוננים ביקום המוקדם גילו תגלית מפתיעה באמצעות NASA/ESA/CSA ג 'יימס ווב טלסקופ החלל. היכולות הספקטרוסקופיות של ווב, בשילוב עם רגישות האינפרא אדום שלו, חשפו צביר של גלקסיות מסיביות בתהליך היווצרות סביב קוואזר אדום במיוחד. התוצאה תרחיב את הבנתנו כיצד גלקסיות ביקום המוקדם התלכדו לרשת הקוסמית שאנו רואים כיום.
הקוואזר המדובר, SDSS J165202.64+172852.3, הוא קוואזר "אדום במיוחד" שקיים בתקופה המוקדמת מאוד עולם, לפני 11.5 מיליארד שנים. קוואזרים הם סוג נדיר, זוהר להפליא, של גרעין גלקטי פעיל (AGN). הקוואזר הזה הוא אחד הגרעינים הגלקטיים החזקים ביותר הידועים שנראו במרחק כה קיצוני. אסטרונומים שיערו שהפליטה הקיצונית של הקוואזר עלולה לגרום ל"רוח גלקטית", לדחוף גז חופשי מהגלקסיה המארחת שלו ואולי להשפיע רבות על העתיד כוכב היווצרות שם.
AGN הוא אזור קומפקטי במרכזה של גלקסיה, שפולט מספיק קרינה אלקטרומגנטית כדי לעלות על כל כוכבי הגלקסיה. AGNs, כולל קוואזרים, מופעלים על ידי גז הנופל לתוך סופר מסיבי חור שחור במרכז הגלקסיה שלהם. בדרך כלל הם פולטים כמויות עצומות של אור בכל אורכי הגל, אבל הליבה הגלקטית הזו היא חברה במעמד אדום יוצא דופן. בנוסף לצבע האדום המהותי שלה, אור הגלקסיה הוסט עוד יותר לאדום בגלל המרחק העצום שלה. זה הפך את ווב, בעל רגישות חסרת תקדים באורכי גל אינפרא אדום, למתאים בצורה מושלמת לבחון את הגלקסיה לפרטי פרטים.
כדי לחקור את תנועת הגז, האבק והכוכבים בגלקסיה, הצוות השתמש בספקטרוגרף אינפרא אדום קרוב (NIRSpec) של הטלסקופ. מכשיר רב עוצמה זה יכול לאסוף ספקטרום בו-זמנית על פני כל שדה הראייה של הטלסקופ, במקום רק מנקודה אחת בכל פעם - טכניקה המכונה ספקטרוסקופיה של יחידת שדה אינטגרלית (IFU). זה איפשר להם לבחון בו זמנית את הקוואזר, שלו גלקסיה והסביבה הרחבה יותר.
ספקטרוסקופיה הייתה קריטית כדי להבין את תנועת הזרימות והרוחות השונות המקיפות את הקוואזר. תנועות הגזים משפיעות על האור שהם פולטים ומחזירים, וגורמות להסטת אדום או כחול ביחס למהירות ולכיוון שלהם. הצוות הצליח לראות ולאפיין תנועה זו על ידי מעקב מיונן חמצן בספקטרה של NIRSpec. תצפיות ה-IFU היו שימושיות במיוחד, כשהצוות ניצל את מלוא היכולת לאסוף ספקטרום מאזור רחב סביב הקוואזר עצמו.
מחקרים קודמים של, בין היתר, ה נאס"א/סוכנות החלל האירופית טלסקופ החלל האבל ומכשיר הספקטרומטר האינטגרלי של שדה אינפרא אדום בטלסקופ ג'מיני-צפון הפנו את תשומת הלב לזרימות היציבות העוצמתיות של הקוואזר, ואסטרונומים שיערו שהגלקסיה המארחת שלו עשויה להתמזג עם שותף בלתי נראה כלשהו. אבל הצוות לא ציפה שנתוני NIRSpec של Webb יצביעו בבירור על כך שהם לא מסתכלים רק על גלקסיה אחת, אלא לפחות עוד שלוש מסתחררות סביבה. הודות לספקטרה של IFU על פני שטח רחב, ניתן היה למפות את התנועות של כל החומר הסובב הזה, וכתוצאה מכך למסקנה ש-SDSS J165202.64+172852.3 היה למעשה חלק מקשר צפוף של היווצרות גלקסיות.
"יש מעט פרוטוקולרי גלקסיות ידועים בזמן מוקדם זה. קשה למצוא אותם, ומעטים מאוד הספיקו להיווצר מאז המפץ הגדול". אמרה האסטרונומית דומיניקה ויילזאלק מ אוניברסיטת היידלברג בגרמניה, שהוביל את המחקר בנושא קוואזרים. "זה עשוי לעזור לנו בסופו של דבר להבין כיצד גלקסיות בסביבות צפופות מתפתחות... זו תוצאה מרגשת."
באמצעות תצפיות IFU מ-NIRSpec, הצוות הצליח לאשר שלושה מלווים גלקטיים לקוואזר הזה ולהראות כיצד הם מחוברים. נתוני ארכיון מהאבל מרמזים שייתכן שיש עוד יותר. תמונות ממצלמת Wide Field 3 של האבל הראו חומר מורחב המקיף את הקוואזר והגלקסיה שלו, מה שגרם לבחירתו למחקר זה על יציאתו וההשפעות על הגלקסיה המארחת שלו. כעת, הצוות חושד שהם יכלו להסתכל על הליבה של צביר שלם של גלקסיות - רק עכשיו נחשף על ידי הדמיה חדה של ווב.
"המבט הראשון שלנו בנתונים גילה במהירות סימנים ברורים לאינטראקציות גדולות בין הגלקסיות השכנות", חבר צוות משותף אנדריי ויינר מ אוניברסיטת ג'ונס הופקינס בבולטימור, ארה"ב. "הרגישות של מכשיר NIRSpec נראתה מיד, והיה לי ברור שאנחנו בעידן חדש של ספקטרוסקופיה אינפרא אדום".
שלוש הגלקסיות המאושרות מקיפות זו את זו במהירויות גבוהות להפליא, אינדיקציה לכך שקיימת מסה רבה. בשילוב עם עד כמה הם דחוסים באזור סביב הקוואזר הזה, הצוות מאמין שזה מסמן את אחד האזורים הצפופים ביותר של היווצרות גלקסיות בהתחלה. עולם. "אפילו קשר צפוף של חומר אפל אינו מספיק כדי להסביר זאת," אומר ויילזאלק. "אנחנו חושבים שאנחנו יכולים לראות אזור שבו שתי הילות ענקיות של חומר אפל מתמזגות יחדיו."
המחקר שנערך על ידי הצוות של Wylezalek הוא חלק מהחקירות של ווב על היקום המוקדם. עם יכולתו חסרת התקדים להסתכל אחורה בזמן, הטלסקופ כבר נמצא בשימוש כדי לחקור כיצד נוצרו והתפתחו הגלקסיות הראשונות, וכיצד נוצרו חורים שחורים והשפיעו על מבנה היקום. הצוות מתכנן תצפיות המשך לתוך פרוטו-צביר גלקסיות בלתי צפוי זה, ומקווה להשתמש בו כדי להבין כיצד נוצרים צבירי גלקסיות צפופים וכאוטיים כמו זה, וכיצד הוא מושפע מהחור השחור הסופר-מאסיבי הפעיל בליבו.
אשראי:
ESA/Webb, NASA & CSA, D. Wylezalek, A. Vayner וצוות Q3D
הם שואפים תחילה לחזור לשאלת הרוחות הגלקטיות והמשוב הקוואזר. קוואזרים נחשדו זה מכבר כאשם בהפחתת היווצרות כוכבים בגלקסיות המארחות שלהם על ידי מנגנון משוב זה, אך קשה היה להשיג ראיות מוצקות לקשר בין השניים. התצפיות הנוכחיות הן רק הראשונות בקבוצה שתחקור שלושה קוואזרים עם ווב, כל אחד בזמנים שונים בעבר של היקום.
"להפריד את האור הבהיר להפליא של קוואזר מרוחק מהמארח העמום הרבה יותר ומחבריו כמעט בלתי אפשרי מהקרקע. חשיפת הפרטים של הרוחות הגלקטיות שעשויות לייצר משוב היא מאתגרת אפילו יותר." חבר צוות משותף דיוויד רופקה ממכללת רודוס בממפיס, ארה"ב. "עכשיו עם ווב, אנחנו כבר יכולים לראות שזה משתנה."
מחקר זה הושלם כחלק מתוכניות המדע לשחרור מוקדם (ERS) של Webb. תצפיות אלו מתרחשות במהלך 5 החודשים הראשונים של פעולות המדעיות של Webb. תצפיות Webb שהניבו תוצאה זו נלקחו מתוכנית ERS #1335.
כתב עת
- דומיניקה ויילזאלק, אנדריי ויינר, דייוויד SN Rupke, נדיה ל. זקמסקה, סילבן ויילוקס, יוזו אישיקאווה, קרוליין ברטמס, ויז'ה ליו, חורחה ק. באררה-בלסטרוס, הסיאו-ון צ'ן, אנדי ד. גולדינג, ג'ני אי גרין, קווין. N. Hainline, Nora Lützgendorf, Fred Hamann, Timothy Heckman, Sean D. Johnson, Dieter Lutz, Vincenzo Mainieri, Roberto Maiolino, Nicole PH Nesvadba, Patrick Ogle, Eckhard Sturm. תוצאות ראשונות מתוכנית המדע לשחרור מוקדם של JWST Q3D: זמנים סוערים בחייו של קוואזר אדום במיוחד של az-3 שנחשפו על ידי NIRSpec IFU. אסטרופיזיקה של גלקסיות (astro-ph.GA); קוסמולוגיה ואסטרופיזיקה נונגלקטית (astro-ph.CO). arXiv: 2210.10074 [astro-ph.GA]
