Телескоп Джеймс Уэбб запечатлел удивительное слияние квазара и галактики в далекой Вселенной

Международная исследовательская группа под руководством Итальянского национального института астрофизики (INAF) использовала спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) космического телескопа имени Джеймса Уэбба (JWST) для наблюдения квазара в системе PJ308-21, взаимодействующего с двумя массивными галактиками-спутниками. Эти наблюдения, проведенные в сентябре 2022 года, позволили получить беспрецедентное представление о росте галактик в ранней Вселенной. Квазар PJ308-21 и его галактики-спутники […]

Международная исследовательская группа под руководством Итальянского национального института астрофизики (INAF) использовала спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) космического телескопа имени Джеймса Уэбба (JWST) для наблюдения квазара в системе PJ308-21, взаимодействующего с двумя массивными галактиками-спутниками. Эти наблюдения, проведенные в сентябре 2022 года, позволили получить беспрецедентное представление о росте галактик в ранней Вселенной.

Квазар PJ308-21 и его галактики-спутники

Квазар — это чрезвычайно светящееся галактическое ядро, источником энергии которого является сверхмассивная черная дыра. Последняя поглощает окружающую материю и выделяет огромное количество энергии в виде света и излучения, часто превосходящее светимость всей галактики, в которой она находится. Поэтому квазары считаются самыми яркими и энергичными объектами во Вселенной.

Изучение этих объектов помогает нам лучше понять формирование и эволюцию галактик, а также роль сверхмассивных черных дыр в этих процессах. Недавно наблюдения космического телескопа имени Джеймса Уэбба позволили выявить впечатляющие детали квазара PJ308-21, являющегося интересным примером этих мощных объектов.

Этот квазар находится на красном смещении z = 6,2342, что соответствует времени, когда возраст Вселенной составлял менее миллиарда лет. Красное смещение — это мера этого расстояния и смещения его света, вызванного расширением Вселенной. Проще говоря, это означает, что квазар PJ308-21 находится на очень большом расстоянии от нас, настолько большом, что мы можем видеть его таким, каким он был, когда космос был еще очень молод.

Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) снял спектр этого квазара с беспрецедентной точностью: погрешность составляет менее 1% на пиксель. Это означает, что измерения света и элементов, присутствующих в квазаре, являются чрезвычайно надежными и детальными, с очень низкой погрешностью.

Что же обнаружили ученые?

Благодаря этим наблюдениям астрономы смогли провести очень точный анализ состава и свойств квазара и окружающих его галактик. Галактика-хозяин PJ308-21 имеет высокую металличность и условия фотоионизации, характерные для активного галактического ядра (AGN), где интенсивный свет от квазара ионизирует окружающий газ. Напротив, одна из галактик-спутников имеет низкую металличность, что указывает на фотоионизацию, вызванную звездообразованием. Вторая галактика-спутник, обладающая более высокой металличностью, частично фотоионизирована квазаром.

Эти наблюдения позволили астрономам определить массу сверхмассивной черной дыры в центре системы, которая составляет около двух миллиардов солнечных масс. Полученные результаты подтверждают, что квазар и окружающие его галактики являются чрезвычайно развитыми с точки зрения массы и обогащения металлами и продолжают значительно расти. Таким образом, эти открытия открывают новые перспективы космической истории и химической эволюции галактик, подчеркивая важность текущих исследований.

Карта излучения линий водорода (красный и синий) и кислорода (зеленый) в системе PJ308-21, показанная после маскировки света от центрального квазара («QSO»). Различные цвета галактики-хозяина квазара и галактик-компаньонов на этой карте показывают физические свойства газа, который они содержат.

Трансформационное воздействие телескопа Джеймса Уэбба

Данные были получены в рамках программы 1554 под руководством Декарли — одного из девяти итальянских проектов первого цикла наблюдений JWST. Наблюдения проводились в режиме полнопольной спектроскопии, что позволяет изучать различные газовые трассеры с использованием 3D-подхода. С помощью этой техники команда обнаружила излучения различных элементов, которые используются для изучения свойств ионизированной межзвездной среды, включая источник и жесткость поля фотоионизирующего излучения, металличность, пылевое помрачение, электронную плотность и температуру, а также скорость звездообразования.

Федерика Лояконо, астрофизик и постдокторант INAF, подчеркивает важность возможностей NIRSpec для изучения свойств газа вокруг черной дыры и в окружающих галактиках. Она объясняет: «Благодаря NIRSpec мы впервые смогли изучить оптический диапазон в системе PJ308-21, который богат данными о свойствах газа вблизи черной дыры в галактике, принимающей квазар, и в окружающих галактиках. Этот прорыв позволил сравнить эмиссию атомов водорода с химическими элементами, производимыми звездами, и таким образом установить металлическое разнообразие наблюдаемых галактик«.

Благодаря своим непревзойденным возможностям JWST позволяет получать беспрецедентно точные наблюдения в далекой Вселенной. Данные по обогащению металлами, ранее недоступные на таких расстояниях, теперь могут быть детально отображены всего за несколько часов наблюдений. Это открывает новые возможности для понимания химической эволюции галактик, даже в то время, когда Вселенная была еще молодой.