Астрономи, які вивчають ранній Всесвіт, зробили дивовижне відкриття за допомогою NASA/ESA/CSA Джеймс Вебб космічний телескоп. Спектроскопічні можливості Вебба в поєднанні з інфрачервоною чутливістю дозволили виявити скупчення масивних галактик у процесі формування навколо надзвичайно червоного квазара. Результат розширить наше розуміння того, як галактики в ранньому Всесвіті об’єдналися в космічну мережу, яку ми бачимо сьогодні.
Квазар, про який йде мова, SDSS J165202.64+172852.3, є «надзвичайно червоним» квазаром, який існує в дуже ранньому Всесвіт, 11.5 мільярдів років тому. Квазари є рідкісним, неймовірно яскравим типом активного галактичного ядра (AGN). Цей квазар є одним із найпотужніших відомих галактичних ядер, які можна було побачити на такій екстремальній відстані. Астрономи припустили, що екстремальне випромінювання квазара може спричинити «галактичний вітер», який виштовхне вільний газ із галактики-господаря та, можливо, значно вплине на майбутнє зірка формування там.
AGN — це компактна область у центрі галактики, яка випромінює достатньо електромагнітного випромінювання, щоб затьмарити всі зірки галактики. AGN, включаючи квазари, живляться газом, що падає в надмасив Чорна діра в центрі своєї галактики. Зазвичай вони випромінюють величезну кількість світла на всіх довжинах хвиль, але це галактичне ядро належить до надзвичайно червоного класу. На додаток до свого червоного кольору, світло галактики було додатково зміщено в червоний колір через величезну відстань. Це зробило Вебба, який має неперевершену чутливість до інфрачервоних хвиль, ідеально підходить для детального дослідження галактики.
Щоб дослідити рух газу, пилу та зоряного матеріалу в галактиці, команда використала спектрограф ближнього інфрачервоного діапазону телескопа (NIRSpec). Цей потужний інструмент може одночасно збирати спектри в усьому полі зору телескопа, а не лише в одній точці за раз – метод, відомий як спектроскопія інтегрального поля (IFU). Це дозволило їм одночасно досліджувати квазар, його галактика і ширше оточення.
Спектроскопія була критично важливою для розуміння руху різних потоків і вітрів, що оточують квазар. Рухи газів впливають на світло, яке вони випромінюють і відбивають, змушуючи його зміщуватися в червоний або синій колір пропорційно їх швидкості та напрямку. Команда змогла побачити та охарактеризувати цей рух шляхом відстеження іонізації кисень у спектрах NIRSpec. Спостереження IFU були особливо корисними, оскільки команда повною мірою скористалася можливістю збирати спектри з широкої області навколо самого квазара.
Попередні дослідження, серед інших NASA/ESA Космічний телескоп «Хаббл» і спектрометр інтегрального поля ближнього інфрачервоного діапазону на телескопі «Джеміні-Норт» привернули увагу до потужних потоків квазара, і астрономи припустили, що його головна галактика може зливатися з якимось невидимим партнером. Але команда не очікувала, що дані Webb NIRSpec чітко вкажуть, що вони дивляться не просто на одну галактику, а щонайменше на три інші, що обертаються навколо неї. Завдяки спектрам IFU на великій території можна було відобразити рух усього цього навколишнього матеріалу, що призвело до висновку, що SDSS J165202.64+172852.3 насправді був частиною щільного вузла утворення галактик.
«На цей час відомо кілька протоскупчень галактик. Їх важко знайти, і дуже небагато встигли сформуватися після Великого вибуху», сказала астроном Домініка Вилезалек з Гейдельберзький університет в Німеччині, який очолював це дослідження квазар. «Згодом це може допомогти нам зрозуміти, як розвиваються галактики в щільному середовищі… Це захоплюючий результат».
Використовуючи спостереження IFU від NIRSpec, команда змогла підтвердити три галактичних супутника цього квазара та показати, як вони пов’язані. Архівні дані Hubble натякають, що їх може бути навіть більше. Зображення, отримані ширококутною камерою Хаббла 3, показали розширений матеріал, що оточує квазар і його галактику, що спонукало його вибрати для цього дослідження його витоку та впливу на галактику-господар. Тепер команда підозрює, що вони могли дивитися на ядро цілого скупчення галактик – лише тепер чітке зображення Вебба виявило це.
«Наш перший погляд на дані швидко виявив чіткі ознаки великої взаємодії між сусідніми галактиками», поділився член команди Андрій Вайнер з Університет Джонса Хопкінса в Балтиморі, США. «Чутливість приладу NIRSpec була відразу очевидна, і мені стало зрозуміло, що ми перебуваємо в новій епосі інфрачервоної спектроскопії».
Три підтверджені галактики обертаються навколо одна одної на неймовірно високих швидкостях, що свідчить про те, що присутня велика маса. У поєднанні з тим, наскільки тісно вони упаковані в регіоні навколо цього квазара, команда вважає, що це одна з найщільніших відомих областей утворення галактик на початку Всесвіт. «Навіть щільний вузол темної матерії недостатній, щоб пояснити це», – каже Вілезалек. «Ми думаємо, що можемо спостерігати область, де два масивних ореоли темної матерії зливаються разом».
Дослідження, проведене командою Вайлезалека, є частиною досліджень Вебба раннього Всесвіту. Завдяки своїй безпрецедентній здатності заглядати в минуле, телескоп уже використовується для дослідження того, як утворювалися та еволюціонували перші галактики, а також як утворювалися чорні діри та впливали на структуру Всесвіту. Команда планує подальші спостереження цього несподіваного прото-скупчення галактик і сподівається використати його, щоб зрозуміти, як утворюються щільні, хаотичні скупчення галактик, подібні цьому, і як на них впливає активна надмасивна чорна діра в його серці.
Кредит:
ESA/Webb, NASA & CSA, D. Wylezalek, A. Vayner & Q3D Team
Спочатку вони прагнуть повернутися до питання галактичних вітрів і зворотного зв’язку квазарів. Довгий час підозрювали, що квазари призводять до зменшення зореутворення в галактиках-господарях за допомогою цього механізму зворотного зв’язку, але переконливі докази зв’язку між цими двома виявити важко. Нинішні спостереження є лише першими в серії, яка вивчатиме три квазари з Веббом, кожен у різний час у минулому Всесвіту.
«З землі практично неможливо відокремити неймовірно яскраве світло далекого квазара від набагато тьмянішого джерела та його супутників. Розкрити деталі галактичних вітрів, які можуть викликати зворотний зв’язок, ще складніше», поділився член команди Девід Рупке з Роудського коледжу в Мемфісі, США. «З Веббом ми вже бачимо, що це змінюється».
Це дослідження було завершено в рамках програми Early Release Science (ERS) Вебба. Ці спостереження відбуваються протягом перших 5 місяців наукових операцій Webb. Спостереження Вебба, які дали цей результат, були взяті з програми ERS №1335.
Довідник з журналу
- Домініка Вілезалек, Андрій Вайнер, Девід С. Н. Рупке, Надя Л. Закамська, Сільвен Вейле, Юзо Ісікава, Керолайн Бертемес, Вейже Лю, Хорхе К. Баррера-Баллестерос, Сяо-Вен Чен, Енді Д. Гулдінг, Дженні Е. Грін, Кевін Н. Хейнлайн, Нора Лютцгендорф, Фред Хаманн, Тімоті Хекман, Шон Д. Джонсон, Дітер Лутц, Вінченцо Майньєрі, Роберто Майоліно, Ніколь П. Х. Несвадба, Патрік Огл, Екхард Штурм. Перші результати наукової програми JWST Early Release Science Program Q3D: бурхливі часи в житті надзвичайно червоного квазара z∼3, виявлені NIRSpec IFU. Астрофізика галактик (astro-ph.GA); Космологія та негалактична астрофізика (astro-ph.CO). arXiv: 2210.10074 [astro-ph.GA]
