Окрестности квазаров ранней Вселенной густо заселены галактиками

Наблюдения с использованием изготовленной Министерством энергетики камеры темной энергии (DECam) на 4-метровом телескопе Национального научного фонда США Виктора М. Бланко подтверждают ожидания астрономов, что квазары ранней вселенной образовались в областях пространства, густо населенных более мелкими галактиками-компаньонами. Исключительно широкое поле зрения DECam и специальные фильтры сыграли решающую роль в достижении этого вывода, и наблюдения показывают, почему предыдущие исследования, направленные на характеристику плотности окрестностей квазаров ранней вселенной, дали противоречивые результаты. Автор: NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick/J. da Silva (Spaceengine)/M. Zamani

Квазары — самые яркие объекты во Вселенной, источником энергии для которых служит вещество, аккрецирующееся на сверхмассивные черные дыры в центрах галактик.

Исследования показали, что квазары ранней вселенной имеют настолько массивные черные дыры, что они должны были поглощать газ с очень высокой скоростью, что привело большинство астрономов к мысли, что эти квазары образовались в некоторых из самых плотных сред во вселенной, где газ был наиболее доступен. Однако наблюдательные измерения, направленные на подтверждение этого вывода, до сих пор давали противоречивые результаты.

Теперь новое исследование с использованием Dark Energy Camera (DECam) указывает путь как к объяснению этих разрозненных наблюдений, так и к логической структуре для связи наблюдения с теорией. Исследование было опубликовано в Astronomy & Astrophysics.

DECam был изготовлен Министерством энергетики и установлен на 4-метровом телескопе Виктора М. Бланко Национального научного фонда США в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо в Чили в рамках программы NSF NOIRLab.

Исследованием руководил Тристан Ламберт, который завершил эту работу, будучи аспирантом Института астрофизических исследований Университета Диего Порталеса в Чили, а в настоящее время является постдоком в филиале Университета Западной Австралии в Международном центре радиоастрономических исследований (ICRAR).

Используя огромное поле зрения DECam, команда провела крупнейший в истории поиск на небе вокруг квазара ранней Вселенной, пытаясь измерить плотность его окружения путем подсчета числа окружающих его галактик-компаньонов.

Для своего исследования команде нужен был квазар с четко определенным расстоянием. К счастью, квазар VIK 2348–3054 имеет известное расстояние, определенное предыдущими наблюдениями с помощью Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), а поле зрения DECam размером в три квадратных градуса предоставило обширный взгляд на его космические окрестности.

По счастливой случайности, DECam также оснащен узкополосным фильтром, идеально подходящим для обнаружения сопутствующих галактик. «Это исследование квазара действительно было идеальным штормом», — говорит Ламберт.

«У нас был квазар с хорошо известным расстоянием, и DECam на телескопе Blanco обеспечивал огромное поле зрения и точный фильтр, которые нам были нужны».

Специализированный фильтр DECam позволил команде подсчитать количество галактик-компаньонов вокруг квазара, обнаружив очень специфический тип света, который они испускают, известный как излучение Лаймана-альфа. Излучение Лаймана-альфа — это специфическая энергетическая сигнатура водорода, которая образуется при его ионизации и последующей рекомбинации в процессе звездообразования.

Излучатели Лайман-альфа обычно являются более молодыми и небольшими галактиками, и их излучение Лайман-альфа может быть использовано как способ надежного измерения их расстояний. Измерения расстояний для нескольких излучателей Лайман-альфа затем могут быть использованы для построения трехмерной карты окрестностей квазара.

После систематического картирования области пространства вокруг квазара VIK J2348-3054 Ламберт и его команда обнаружили 38 галактик-компаньонов в более широком окружении вокруг квазара — на расстоянии до 60 миллионов световых лет — что соответствует тому, что ожидается для квазаров, находящихся в плотных регионах. Однако они были удивлены, обнаружив, что в пределах 15 миллионов световых лет от квазара вообще не было никаких галактик-компаньонов.

Это открытие проливает свет на реальность прошлых исследований, направленных на классификацию сред квазаров ранней вселенной, и предлагает возможное объяснение того, почему они дали противоречивые результаты. Ни одно другое исследование такого рода не использовало такую большую область поиска, как та, что предоставлена DECam, поэтому для поисков в меньших областях среда квазара может показаться обманчиво пустой.

«Чрезвычайно широкий обзор DECam необходим для тщательного изучения окрестностей квазаров. Вам действительно нужно открыть большую область», — говорит Ламберт. «Это предлагает разумное объяснение того, почему предыдущие наблюдения противоречат друг другу».

Команда также предлагает объяснение отсутствия сопутствующих галактик в непосредственной близости от квазара. Они постулируют, что интенсивность излучения квазара может быть достаточно большой, чтобы повлиять или потенциально остановить формирование звезд в этих галактиках, сделав их невидимыми для наших наблюдений.

«Некоторые квазары — не тихие соседи», — говорит Ламберт. «Звезды в галактиках формируются из газа, который достаточно холоден, чтобы коллапсировать под действием собственной гравитации. Светящиеся квазары потенциально могут быть настолько яркими, чтобы освещать этот газ в соседних галактиках и нагревать его, предотвращая этот коллапс».

Команда Ламберта в настоящее время продолжает дополнительные наблюдения, чтобы получить спектры и подтвердить подавление звездообразования. Они также планируют наблюдать другие квазары, чтобы построить более надежный размер выборки.

«Эти результаты демонстрируют ценность продуктивного партнерства Национального научного фонда с Министерством энергетики», — говорит Крис Дэвис, директор программы NSF NOIRLab.

«Мы ожидаем, что производительность значительно возрастет с предстоящим созданием обсерватории имени Веры К. Рубин совместно с NSF и DOE — объекта следующего поколения, который расскажет еще больше о ранней Вселенной и этих замечательных объектах».

Больше информации: Trystan S. Lambert et al, A lack of Lyman alpha emitters within 5Mpc of a luminous quasar in an overdensity at z=6.9: Potential evidence of negative quasar feedback at protocluster scales, Astronomy & Astrophysics (2024). DOI: 10.1051/0004-6361/202449566

Источник: Association of Universities for Research in Astronomy