Астрономы обнаружили крупнейший радиовыброс, когда-либо наблюдавшийся в ранней Вселенной

На этой иллюстрации художника изображена самая большая радиоструя, когда-либо обнаруженная в ранней Вселенной. Струя была впервые обнаружена с помощью международного телескопа Low Frequency Array (LOFAR), сети радиотелескопов по всей Европе. Последующие наблюдения в ближнем инфракрасном диапазоне с помощью спектрографа Gemini Near-Infrared Spectrograph (GNIRS) и в оптическом диапазоне с помощью телескопа Hobby Eberly позволили составить полную картину радиоструи и квазара, ее производящего. Исторически такие большие радиоструи оставались неуловимыми в далекой Вселенной. Благодаря этим наблюдениям астрономы получили ценную новую информацию о том, когда во Вселенной образовались первые струи и как они повлияли на эволюцию галактик. Автор: NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick

Из десятилетий астрономических наблюдений ученые знают, что большинство галактик содержат в своих центрах массивные черные дыры. Газ и пыль, падающие в эти черные дыры, высвобождают огромное количество энергии в результате трения, образуя светящиеся галактические ядра, называемые квазарами, которые выбрасывают струи энергичной материи.

Эти струи можно обнаружить с помощью радиотелескопов на больших расстояниях. В нашей локальной вселенной эти радиоструи не являются редкостью, и небольшая их часть обнаружена в близлежащих галактиках, но они оставались неуловимыми в далекой ранней вселенной до сих пор.

Используя комбинацию телескопов, астрономы обнаружили далекий двухлепестковый радиовыброс, охватывающий поразительные 200 000 световых лет: по крайней мере, вдвое больше ширины Млечного Пути. Это крупнейший радиовыброс, когда-либо обнаруженный на столь раннем этапе истории Вселенной. Впервые струя была обнаружена с помощью международного телескопа Low Frequency Array (LOFAR), сети радиотелескопов по всей Европе.

Последующие наблюдения в ближнем инфракрасном диапазоне с помощью спектрографа Gemini Near-Infrared Spectrograph (GNIRS) и в оптическом диапазоне с помощью телескопа Hobby Eberly позволили составить полную картину радиоструи и квазара, ее производящего. Эти результаты имеют решающее значение для получения более глубокого понимания сроков и механизмов формирования первых крупномасштабных струй в нашей Вселенной.

GNIRS установлен на телескопе Gemini North, входящем в состав Международной обсерватории Gemini, эксплуатируемой NSF NOIRlab.

«Мы искали квазары с мощными радиоструями в ранней Вселенной, что помогает нам понять, как и когда формируются первые струи и как они влияют на эволюцию галактик», — говорит Анниек Глудеманс, научный сотрудник NOIRLab и ведущий автор статьи, в которой представлены эти результаты в The Astrophysical Journal Letters.

Определение свойств квазара, таких как его масса и скорость, с которой он потребляет материю, необходимо для понимания истории его формирования. Чтобы измерить эти параметры, команда искала определенную длину волны света, излучаемого квазарами, известную как широкая линия излучения MgII (магния).

Обычно этот сигнал появляется в ультрафиолетовом диапазоне длин волн. Однако из-за расширения Вселенной, которое заставляет свет, излучаемый квазаром, «растягиваться» до более длинных волн, магниевый сигнал достигает Земли в ближнем инфракрасном диапазоне длин волн, где его можно обнаружить с помощью GNIRS.

Квазар, названный J1601+3102, образовался, когда Вселенной было менее 1,2 миллиарда лет — всего 9% от ее нынешнего возраста. Хотя квазары могут иметь массу в миллиарды раз больше массы нашего Солнца, этот — небольшой, его масса составляет 450 миллионов масс Солнца. Двусторонние струи асимметричны как по яркости, так и по расстоянию, на которое они простираются от квазара, что указывает на то, что на них может влиять экстремальная среда.

«Интересно, что квазар, питающий этот массивный радиоджет, не имеет экстремальной массы черной дыры по сравнению с другими квазарами», — говорит Глоудеманс. «Это, похоже, указывает на то, что для создания таких мощных джетов в ранней Вселенной не обязательно нужна исключительно массивная черная дыра или скорость аккреции».

Используя комбинацию телескопов, астрономы обнаружили крупнейший радиоджет, когда-либо обнаруженный в ранней Вселенной. Джет был впервые идентифицирован с помощью международного телескопа Low Frequency Array (LOFAR), сети радиотелескопов по всей Европе. Последующие наблюдения в ближнем инфракрасном диапазоне с помощью спектрографа Gemini Near-Infrared Spectrograph (GNIRS) и в оптическом диапазоне с помощью телескопа Hobby Eberly Telescope позволили составить полную картину радиоджета и квазара, его производящего. Оптическое изображение, показанное здесь, получено из обзора DECam Legacy Survey (DECaLS), одного из трех публичных обзоров, которые совместно отобразили 14 000 квадратных градусов неба, чтобы предоставить цели для текущего обзора Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). DECaLs был проведен с использованием 570-мегапиксельной камеры Dark Energy Camera (DECam), изготовленной Министерством энергетики, установленной на 4-метровом телескопе Национального научного фонда США Виктора М. Бланко в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо (CTIO) в Чили, программа NSF NOIRLab. Автор: LOFAR/DECaLS/DESI Legacy Imaging Surveys/LBNL/DOE/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/F. Sweijen (Durham University). Image processing: M. Zamani (NSF NOIRLab)

Предыдущая нехватка больших радиоструй в ранней Вселенной была приписана шуму от космического микроволнового фона — вездесущего тумана микроволнового излучения, оставшегося от Большого взрыва. Это постоянное фоновое излучение обычно ослабляет радиоизлучение столь далеких объектов.

«Только потому, что этот объект настолько экстремальный, мы можем наблюдать его с Земли, хотя он действительно очень далеко», — говорит Глоудеманс. «Этот объект показывает, что мы можем обнаружить, объединив мощь нескольких телескопов, работающих на разных длинах волн».

«Когда мы начали изучать этот объект, мы ожидали, что южный джет будет просто несвязанным близлежащим источником, и большая его часть будет небольшой. Поэтому было весьма удивительно, когда на снимке LOFAR обнаружились крупные, подробные радиоструктуры», — говорит Фриц Свейен, научный сотрудник Даремского университета и соавтор статьи.

«Природа этого удаленного источника затрудняет его обнаружение на более высоких радиочастотах, что демонстрирует мощь LOFAR как такового и его синергетического взаимодействия с другими приборами».

У ученых все еще есть множество вопросов о том, чем радиояркие квазары, такие как J1601+3102, отличаются от других квазаров. Остается неясным, какие обстоятельства необходимы для создания таких мощных радиоструй или когда образовались первые радиоструи во Вселенной.

Благодаря совместным усилиям Gemini North, LOFAR и телескопа Hobby Eberly мы стали на один шаг ближе к пониманию загадочной ранней Вселенной.

Больше информации: Monster radio jet (>66 kpc) observed in quasar at z ∼ 5, Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/ad9609

Источник: Association of Universities for Research in Astronomy