Аппарат "Джеймс Уэбб" наблюдал квазар в ранней Вселенной

С помощью аппарата Джеймс Уэбб команда исследователей изучила квазар в ранней Вселенной, наблюдая его мощные релятивистские струи и открывая невиданные…

Аппарат

С помощью аппарата Джеймс Уэбб команда исследователей изучила квазар в ранней Вселенной, наблюдая его мощные релятивистские струи и открывая невиданные ранее детали.

Джеймс Уэбб обнаружил квазар возрастом 11,5 миллиардов лет и получил название SDSS J165202.64+172852.3. Квазары - это объекты, характеризующиеся очень энергичными струями, вызванными падением горячего газа и материи в черную дыру, и встречаются в так называемых активных галактических ядрах (AGN). Это галактики, в центре которых находится сверхмассивная черная дыра, которая, поглощая окружающий ее материал, вызывает джеты.

Квазар, о котором идет речь, необычайно красный не только из-за своего собственного цвета, но и потому, что свет от галактики был "сдвинут в красную сторону" из-за ее огромного расстояния. Это происходит из-за космологического явления, называемого красным смещением, при котором небесные тела, находящиеся дальше от нас, кажутся более красными, чем они есть на самом деле. Поскольку JWST обладает беспрецедентной чувствительностью в инфракрасном диапазоне длин волн, он идеально подходит для детального изучения этой галактики.

Инструменты, использованные для наблюдения за квазаром

Для изучения движения газа, пыли и звездного материала в галактике команда использовала спектрометр ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec). Этот прибор использует спектроскопию для наблюдения за движением различных потоков и ветров, окружающих квазар. NIRSpec может одновременно собирать спектры по всему полю зрения телескопа, а не только из одной точки, что позволит Уэббу одновременно исследовать квазар, его галактику и окрестности. Используя наблюдения NIRSpec, команда смогла подтвердить три галактических компаньона этого квазара и показать, как они связаны между собой.

Слева квазар SDSS J165202.64+172852.3 выделен на снимке космического телескопа Хаббл, сделанном в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне. На изображениях справа и ниже представлены новые наблюдения космического телескопа "Джеймс Уэбб" в нескольких диапазонах длин волн. Они демонстрируют распределение и движение газа в недавно наблюдаемом скоплении галактик вокруг центрального квазара.

"Наш первый взгляд на данные быстро выявил явные признаки важных взаимодействий между соседними галактиками", — пояснил Андрей Вайнер из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе. "Чувствительность прибора NIRSpec сразу же стала очевидной: мы вступили в новую эру инфракрасной спектроскопии".

Предыдущие исследования "Хаббла" и других обсерваторий уже наблюдали мощные потоки, исходящие от квазара. Поэтому ученые предположили, что галактика-хозяин столкнулась с другой галактикой. Однако последняя была невидима для "глаз" Хаббла и других телескопов, созданных для видимых наблюдений. Поэтому ученые не могли ожидать, что столкновение происходило не с одной, а как минимум с тремя галактиками, кружащимися в космическом танце вокруг первой. Архивные данные Хаббла позволяют предположить, что их может быть еще больше.

Изображения, полученные с помощью широкоугольной камеры №3 телескопа "Хаббл", показали обширный материал, окружающий квазар и его галактику, что позволило выбрать его для данного исследования его оттока и влияния на галактику-хозяина. Теперь команда подозревает, что они могли наблюдать ядро целого скопления галактик, которое только сейчас стало известно благодаря четким изображениям "Уэбба".

Иллюстрация, показывающая AGN с квазаром, о чем свидетельствует наличие двух энергичных струй.

Благодаря спектрам, собранным на большой площади, удалось составить карту движения материала вокруг квазара, что привело к выводу, что красный квазар на самом деле был частью плотного галактикообразующего узла в ранней Вселенной. Астроном Доминика Вылезалек из Гейдельбергского университета в Германии, возглавлявшая исследование вместе с Уэббом, объяснила:

Существует очень мало скоплений галактик, известных с такого раннего момента в истории Вселенной. Их трудно найти, и очень немногие успели сформироваться после Большого взрыва. Это может помочь нам понять, как галактики развиваются в плотных средах.

Команда планирует последующие наблюдения в этом неожиданном прото-кластере галактик и надеется использовать его для понимания того, как формируются плотные, хаотичные скопления галактик, подобные этому. И как на него влияет активная сверхмассивная черная дыра в его сердце.

Три подтвержденные галактики вращаются друг вокруг друга на невероятно высоких скоростях. Этот танец указывает на наличие большого количества массы. Если мы добавим эту динамическую информацию к форме этого скопления, то окажется, что этот регион является одним из самых плотных в ранней Вселенной. "Даже плотного узла темной материи недостаточно, чтобы объяснить это", — говорит Вылезалек. "Мы думаем, что можем увидеть область, где два массивных ореола темной материи сливаются вместе".

Темная материя - это невидимый компонент Вселенной, который гравитационно взаимодействует только с обычной материей, из которой состоят известные нам небесные объекты. Она создает космическую паутину, в которую затягивается обычная материя, образуя туманности, звезды, галактики и скопления галактик. Но она выходит далеко за пределы этих структур и образует гало, окружающее галактики и скопления далеко за пределами их видимого радиуса.

Однако темная материя распределена во Вселенной неравномерно: есть места, где ее плотность больше, чем в других. Подобные исследования могут помочь нам пролить свет на его масштабы и распространение во Вселенной.