Астрономи, які досліджують ранній Всесвіт, зробили дивовижне відкриття за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба. Спектроскопічні можливості Вебба в поєднанні з інфрачервоною чутливістю виявили 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.
Авторство: ESA/Webb, NASA та CSA, Д.Вилезалек, А.Вейнер і команда Q3D Team, Н.Закамська
AGN
Квазар, про який йде мова, SDSS J165202.64+172852.3, є «надзвичайно червоним» квазаром, який існує в дуже ранньому Всесвіті, 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 бачили на такій величезній відстані. Астрономи припустили, що екстремальне випромінювання квазара може спричинити «галактичний вітер», виштовхуючи вільний газ із галактики-господаря та, можливо, значно вплинувши на майбутнє утворення зірок там.
AGN — це компактна область у центрі галактики, яка випромінює достатньо електромагнітного випромінювання, щоб затьмарити всі зірки галактики. AGN, включаючи квазари, живляться газом, що потрапляє в надмасивну чорну діру в центрі їхньої галактики. Зазвичай вони випромінюють величезну кількість світла на всіх довжинах хвиль, але це галактичне ядро належить до надзвичайно червоного класу. Крім властивого їй червоного кольору, світло галактики було ще більше зміщено в червоний колір через величезну відстань. Це ідеально підходить для детального дослідження телескопом Вебба, який має неперевершену чутливість до інфрачервоних хвиль.
Інфрачервона спектроскопія інтегрального поля
Щоб дослідити рух газу, пилу та зоряного матеріалу в галактиці, команда використала спектрограф ближнього інфрачервоного діапазону телескопа (NIRSpec). Цей потужний прилад 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 галактику та 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 їхній швидкості та напрямку . Команда змогла побачити та охарактеризувати цей рух, відстежуючи іонізований кисень у спектрах NIRSpec. Спостереження IFU були особливо корисними, оскільки команда повною мірою скористалася можливістю збирати спектри з широкої області навколо самого квазара.
Галактичний вузол
Попередні дослідження, проведені, зокрема, космічним телескопом Хаббла та приладом інтегрального спектрометра ближнього інфрачервоного діапазону на телескопі Джеміні-Норт привернули увагу до потужних потоків квазара, і астрономи припустили, що його головна галактика може зливатися з деякими невидимими партнерами. Але команда не очікувала, що дані 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 утворитися після Великого вибуху, — сказала астроном Домініка Вилезалек з Гейдельберзького університету в Німеччині, яка керувала дослідженням цього квазара. – 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 вихід і вплив на галактику-господар. Тепер команда підозрює, що вони могли дивитися на ядро цілого скупчення галактик – лише тепер це виявилося завдяки чіткому зображенню Вебба.
«Наш перший погляд на дані швидко виявив явні ознаки великої взаємодії між сусідніми галактиками, — поділився член команди Андрій Вейнер з Університету Джона Гопкінса в Балтиморі, США. — Чутливість приладу NIRSpec стала очевидною відразу, і було зрозуміло, Я переживаю нову еру інфрачервоної спектроскопії».
І знову темна матерія
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 у ранньому Всесвіті.
«Навіть щільний вузол темної матерії недостатній, щоб пояснити це, — говорить Вилезалек. – Ми думаємо, що можемо спостерігати область, де два масивних ореоли темної матерії зливаються разом».
Авторство: ESA/Webb, NASA та CSA, Д.Вилезалек, А.Вейнер і команда Q3D.
Майбутні дослідження
Дослідження, проведене командою Вилезалек, 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.
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 коледжу Роудса в Мемфісі, США. – З Веббом ми вже бачимо, що це змінюється».
