A&A: Ученые дали четкое объяснение «плотности застройки» вокруг квазаров

Квазары — самые яркие объекты во Вселенной, которые возникают, когда вещество притягивается к сверхмассивным чёрным дырам в центрах галактик.

Исследования показали, что у квазаров ранней Вселенной были настолько большие чёрные дыры, что они должны были поглощать газ с очень высокой скоростью. Из-за этого большинство астрономов решили, что эти квазары образовались в самых плотных областях Вселенной с большим количеством газа. Но наблюдения, которые должны были подтвердить эту теорию, давали противоречивые результаты.

Новое исследование с использованием камеры для изучения тёмной энергии (DECam) объясняет эти наблюдения и связывает их с теорией.

Камера DECam была создана Министерством энергетики США и установлена на 4-метровом телескопе имени Виктора М. Бланко в Чили. Исследование проводилось в рамках программы NSF NOIRLab.

Руководил работой Тристан Ламберт, который выполнял её в качестве аспиранта в Институте астрофизических исследований Университета Диего Порталеса в Чили, а сейчас является постдоком в Университете Западной Австралии в ICRAR. С помощью камеры DECam команда провела крупнейший в истории поиск области на небе вокруг квазара ранней Вселенной. Исследователи пытались измерить плотность окружения квазара путём подсчёта количества галактик-компаньонов.

Команде для исследования нужен был квазар с известным расстоянием. Повезло, что расстояние до квазара VIK 2348-3054 определили по предыдущим наблюдениям с помощью ALMA. Поле зрения DECam позволяет подробно рассмотреть космическое окружение квазара. К тому же у DECam есть узкополосный фильтр, который идеально подходит для поиска галактик-компаньонов.

Это исследование — просто удача, — говорит Ламберт.

У нас был квазар, расстояние до которого известно, а DECam на телескопе Бланко позволил нам получить нужные данные.

С помощью специализированного фильтра DECam учёные подсчитали количество галактик-компаньонов вокруг квазара. Они обнаружили особый тип света, который излучают эти галактики — Лайман-альфа-излучение. Это признак водорода, возникающий при его ионизации и рекомбинации в процессе звездообразования.

Галактики, которые излучают альфа-излучение Лаймана, обычно моложе и меньше по размеру. Их излучение можно использовать для измерения расстояния до них. Измерения расстояний до нескольких таких галактик позволяют построить трёхмерную карту окрестностей квазара.

После разметки на карте пространства вокруг квазара VIK J2348-3054 Ламберт и его команда обнаружили 38 галактик-компаньонов на расстоянии до 60 миллионов световых лет.

Однако в радиусе 15 миллионов световых лет от квазара компаньонов не оказалось. Это объясняет, почему прошлые исследования дали противоречивые результаты: ни одно из них не использовало такую большую область поиска, как DECam.

Ламберт говорит, что для изучения окрестностей квазаров необходим широкий обзор DECam. Это позволяет объяснить противоречия в предыдущих наблюдениях.

Команда также предполагает, что отсутствие галактик-компаньонов рядом с квазаром может быть связано с его излучением. Оно может быть настолько интенсивным, что влияет на формирование звёзд в соседних галактиках или останавливает его, делая галактики невидимыми для нас.

Некоторые квазары — неспокойные соседи, — говорит Ламберт.

Светящиеся квазары могут быть такими яркими, что нагревают газ в соседних галактиках и не дают ему сколлапсировать в звёзды.

Команда Ламберта проводит дополнительные наблюдения, чтобы получить спектры и подтвердить подавление звездообразования. Они также планируют изучить другие квазары.

Крис Дэвис, директор программы NSF NOIRLab, говорит, что результаты показывают ценность партнёрства Национального научного фонда с Министерством энергетики. Продуктивность должна значительно возрасти благодаря строительству новой обсерватории NSF-DOE Vera C. Rubin. Она позволит узнать больше о ранней Вселенной и этих объектах.

Результаты опубликованы в издании Astronomy and Astrophysics.

23.09.2024