Нова знахідка, виявлена за допомогою Камери темної енергії (Dark Energy Camera), надає чітке пояснення головоломки «міської щільності» квазара.
Спостереження за допомогою Камери темної енергії (Dark Energy Camera, DECam) підтверджують очікування астрономів про те, що квазари раннього Всесвіту утворилися в ділянках космосу, густонаселених галактиками-супутниками. Винятково широке поле зору DECam та спеціальні фільтри зіграли вирішальну роль у досягненні цього результату. Спостереження також показують, чому попередні дослідження, спрямовані на визначення щільності околиць квазарів раннього Всесвіту, дали суперечливі результати.
Квазари є найяскравішими об’єктами у Всесвіті, які споживають речовину, що накопичується довкола надмасивних чорних дір у центрах галактик. Дослідження показали: квазари раннього Всесвіту мають чорні діри такі масивні, що вони, мабуть, дуже швидко поглинали газ. Це спонукало більшість астрономів до думки, що ці квазари утворилися в деяких з найщільніших середовищ у Всесвіті, де газ був найдоступнішим. Однак спостережні вимірювання, спрямовані на підтвердження цього висновку, досі давали суперечливі результати. Тепер нове дослідження з використанням Камери темної енергії вказує шлях як до пояснення цих розрізнених спостережень, так і до логічної основи для поєднання результатів спостережень з теорією.
Камеру темної енергії виготовило Міністерство енергетики (U.S. Department of Energy, DOE), а встановлено її на 4-метровому телескопі Віктора М. Бланко в Міжамериканській обсерваторії Серро Тололо Національного наукового фонду США в Чилі, яка працює в рамках програми NSF NOIRLab (U.S. National Science Foundation National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory).
Дослідження виконував Трістан Ламберт (Trystan Lambert), який закінчив цю роботу як аспірант в Інституті астрофізичних досліджень Університету Дієго Порталеса в Чилі [1] і зараз є постдоком в Міжнародному центрі радіоастрономічних досліджень (International Centre for Radio Astronomy Research, ICRAR) при Університеті Західної Австралії. Використовуючи величезне поле зору DECam, його наукова група виконала найбільший за всю історію огляд неба навколо квазара раннього Всесвіту. Науковці вимірювали щільність середовища квазара через підрахунок кількості його галактик-супутників.
Для дослідження потрібен був квазар із чітко визначеною відстанню. На щастя, квазар VIK 2348–3054 має відому відстань, визначену за раніше виконаними спостереженнями за допомогою Великої міліметрової/субміліметрової антени Атакама (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA), а поле зору DECam у три квадратних градуси забезпечило експансивний погляд на його космічне оточення. Випадково DECam також оснащений вузькосмуговим фільтром, який ідеально підходить для виявлення галактик-супутників. «Це дослідження квазарів справді було ідеальним», — сказав Ламберт. «У нас був квазар із добре відомою відстанню, DECam на телескопі Бланко давала велике поле зору і мала точний фільтр, які нам потрібні».
Спеціальний фільтр DECam дав змогу дослідникам підрахувати кількість галактик-супутників навколо квазара завдяки реєстрації дуже специфічного типу його випромінювання. Його називають випромінювання Лайман-альфа. Це специфічна енергетична ознака водню, яка утворюється, коли він іонізується, а потім зазнає рекомбінації під час процесу утворення зір. Джерелами випромінювання Лайман-альфа зазвичай є молодші, менші галактики, і його можна використовувати для надійного вимірювання відстані до них. Визначення відстані для кількох джерел такого випромінювання можна використовувати для побудови 3D-мапи околиць квазара.
Після систематичного картографування простору навколо квазара VIK J2348-3054 Ламберт і його група знайшли 38 галактик-супутників у ширшому середовищі навколо квазара — на відстані 60 мільйонів світлових років — що відповідає очікуванням для квазарів, які містяться в густонаселених регіонах. Однак науковці з подивом виявили, що в радіусі 15 мільйонів світлових років від квазара взагалі не було супутників.
Це відкриття висвітлює реальність минулих досліджень, спрямованих на класифікацію середовищ квазарів раннього Всесвіту, і пропонує можливе пояснення того, чому вони дали суперечливі результати. Жодне інше подібне дослідження не використовувало таку велику область пошуку, як та, яку можна оглядати за допомогою DECam. Тому при пошуку на меншій площі середовище квазара може виглядати оманливо порожнім.
«Надзвичайно широке поле DECam потрібне для ретельного вивчення околиць квазарів. Ви справді маєте оглянути більшу територію», — зазначив Ламберт. «Це пропонує розумне пояснення того, чому попередні спостереження суперечать одне одному».
Наукова група також пропонує пояснення відсутності галактик-компаньйонів у безпосередній близькості від квазара. Науковці передбачають, що інтенсивність випромінювання від квазара може бути достатньо великою, щоб вплинути або потенційно зупинити утворення зір у цих галактиках, роблячи їх невидимими для наших спостережень.
«Деякі квазари не є тихими сусідами», — сказав Ламберт. «Зорі в галактиках утворюються з газу, який досить холодний, щоб руйнуватися під дією власної гравітації. Яскраві квазари потенційно можуть бути такими яскравими, що висвітлять цей газ у сусідніх галактиках і нагріють його, запобігаючи цьому колапсу».
Нині група Ламберта виконує додаткові спостереження, щоб отримати спектри та підтвердити придушення зореутворення. Дослідники також планують спостерігати за іншими квазарами, щоб створити більшу вибірку таких об’єктів.
«Ці результати показують цінність продуктивного партнерства Національного наукового фонду з Міністерством енергетики», — зауважив Кріс Девіс (Chris Davis), програмний директор NSF NOIRLab. «Ми очікуємо, що продуктивність буде значно збільшена з майбутньою обсерваторією NSF–DOE Vera C. Rubin, об’єктом наступного покоління, який розкриє ще більше про ранній Всесвіт і ці дивовижні об’єкти».
Примітки
[1] Це дослідження стало можливим завдяки співпраці дослідників з Університету Дієго Порталеса та Інституту астрономії Макса Планка. Частина цієї роботи була профінансована за рахунок гранту Національного агентства досліджень і розвитку Чилі (ANID) для співпраці з Інститутами Макса Планка.
За інф. з сайту https://noirlab.edu підготував Іван Крячко
