Nowe odkrycie za pomocą ekspansywnej Kamery Ciemnej Energii oferuje jasne wyjaśnienie kwazar Zagadka „gęstości miejskiej”.
Korzystając z DECam, badacze odkryli 38 galaktyk wokół kwazara VIK J2348-3054, ale odkryli nieoczekiwaną pustkę galaktyk w pobliżu kwazara. Sugeruje to, że intensywne promieniowanie kwazarów może hamować powstawanie gwiazd w pobliskich galaktykach, oferując nowe spojrzenie na dynamikę gromad galaktyk we wczesnym wszechświecie.
Kwazary, najjaśniejsze obiekty we Wszechświecie, zasilane są materią akreującą na supermasywnych czarnych dziurach w centrach galaktyk. Badania wykazały, że kwazary we wczesnym Wszechświecie mają czarne dziury tak masywne, że musiały pochłaniać gaz z bardzo dużą szybkością, co doprowadziło większość astronomów do przekonania, że kwazary te powstały w najgęstszych środowiskach we Wszechświecie, gdzie gaz był najbardziej dostępny.
Jednakże pomiary obserwacyjne mające na celu potwierdzenie tego wniosku przyniosły jak dotąd sprzeczne wyniki. Teraz nowe badanie z wykorzystaniem Kamery Ciemnej Energii (DECam) wskazuje drogę zarówno do wyjaśnienia tych rozbieżnych obserwacji, jak i do stworzenia logicznych ram pozwalających połączyć obserwacje z teorią.
Odsłanianie Wszechświata z DECam
DECam został wyprodukowany przez Departament Energii (DOE) i zamontowany na 4-metrowym teleskopie amerykańskiej Narodowej Fundacji Naukowej Víctora M. Blanco w Międzyamerykańskim Obserwatorium Cerro Tololo w Chile, w ramach programu NSF NOIRLab.
Badaniami kierował Trystan Lambert, który ukończył tę pracę jako doktorant w Instytucie Studiów Astrofizycznych Uniwersytetu Diego Portales w Chile[1] a obecnie jest doktorantem w węźle Uniwersytetu Australii Zachodniej w Międzynarodowym Centrum Badań Radioastronomicznych (ICRAR). Wykorzystując ogromne pole widzenia DECam, zespół przeprowadził największe w historii przeszukiwanie obszaru nieba wokół kwazara z wczesnego Wszechświata, próbując zmierzyć gęstość jego otoczenia poprzez zliczenie liczby otaczających je galaktyk towarzyszących.
Do swoich badań zespół potrzebował kwazara o dobrze określonej odległości. Na szczęście kwazar VIK 2348–3054 ma znaną odległość, określoną na podstawie wcześniejszych obserwacji za pomocą Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), a pole widzenia DECam o powierzchni trzech stopni kwadratowych zapewniło rozległy wgląd w jej kosmiczne sąsiedztwo. Nieoczekiwanie DECam jest również wyposażony w filtr wąskopasmowy idealnie dopasowany do wykrywania galaktyk towarzyszących. „Badanie kwazarów było naprawdę burzą idealną” – mówi Lambert. „Mieliśmy kwazar o dobrze znanej odległości, a DECam na teleskopie Blanco zapewniał ogromne pole widzenia i dokładny filtr, którego potrzebowaliśmy”.
Przewaga technologiczna DECam
Specjalistyczny filtr DECam pozwolił zespołowi policzyć liczbę galaktyk towarzyszących wokół kwazara poprzez wykrycie bardzo specyficznego rodzaju emitowanego przez nie światła, znanego jako promieniowanie Lyman-alfa. Promieniowanie alfa Lymana to specyficzna sygnatura energetyczna wodoru, wytwarzana podczas jego jonizacji, a następnie rekombinacji w procesie formowania się gwiazd. Emitery Lyman-alfa to zazwyczaj młodsze, mniejsze galaktyki, a ich emisję Lyman-alfa można wykorzystać do wiarygodnego pomiaru odległości między nimi. Pomiary odległości dla wielu emiterów Lyman-alfa można następnie wykorzystać do skonstruowania trójwymiarowej mapy sąsiedztwa kwazara.
Zaskakujące odkrycia w badaniach kwazarów
Po systematycznym mapowaniu obszaru przestrzeni wokół kwazara VIK J2348-3054 Lambert i jego zespół odkryli 38 galaktyk towarzyszących w szerszym otoczeniu wokół kwazara – w odległości 60 milionów lat świetlnych – co jest zgodne z oczekiwaniami dla kwazarów zamieszkujące gęste obszary. Jednak ze zdziwieniem odkryli, że w promieniu 15 milionów lat świetlnych od kwazara nie było żadnych towarzyszy.
Odkrycie to rzuca światło na rzeczywistość wcześniejszych badań mających na celu klasyfikację środowisk kwazarów we wczesnym Wszechświecie i proponuje możliwe wyjaśnienie, dlaczego przyniosły one sprzeczne wyniki. W żadnym innym badaniu tego rodzaju nie wykorzystano obszaru poszukiwań tak dużego jak ten dostarczony przez DECam, więc przy przeszukiwaniach mniejszych obszarów środowisko kwazara może wydawać się zwodniczo puste.
„Niezwykle szeroki widok DECam jest niezbędny do dokładnego badania sąsiedztwa kwazarów. Naprawdę trzeba otworzyć się na większy obszar” – mówi Lambert. „To sugeruje rozsądne wyjaśnienie, dlaczego poprzednie obserwacje są ze sobą sprzeczne”.
Teorie dotyczące wpływu promieniowania i przyszłych badań
Zespół sugeruje również wyjaśnienie braku galaktyk towarzyszących w bezpośrednim sąsiedztwie kwazara. Postulują, że intensywność promieniowania kwazara może być wystarczająco duża, aby wpłynąć lub potencjalnie zatrzymać powstawanie gwiazd w tych galaktykach, czyniąc je niewidocznymi dla naszych obserwacji.
„Niektóre kwazary nie są cichymi sąsiadami” – mówi Lambert. „Gwiazdy w galaktykach powstają z gazu, który jest wystarczająco zimny, aby zapaść się pod wpływem własnej grawitacji. Świecące kwazary mogą potencjalnie być tak jasne, że oświetlają ten gaz w pobliskich galaktykach i podgrzewają go, zapobiegając temu zapadnięciu się.”
Zespół Lamberta prowadzi obecnie dodatkowe obserwacje, aby uzyskać widma i potwierdzić tłumienie powstawania gwiazd. Planują także obserwację innych kwazarów, aby zbudować bardziej solidną próbkę.
„Te odkrycia pokazują wartość produktywnego partnerstwa National Science Foundation z Departamentem Energii” – mówi Chris Davis, dyrektor programowy NSF w NSF NOIRLab. „Spodziewamy się, że produktywność zostanie ogromnie zwiększona dzięki nadchodzącemu Obserwatorium NSF–DOE Vera C. Rubin, obiektowi nowej generacji, który odkryje jeszcze więcej na temat wczesnego Wszechświata i tych niezwykłych obiektów”.
Notatki
- Badanie to było możliwe dzięki współpracy naukowców z Uniwersytetu Diego Portalesa i Instytutu Astronomii Maxa Plancka. Część tych prac została sfinansowana z grantu chilijskiej Narodowej Agencji Badań i Rozwoju (ANID) na współpracę z Instytutami Maxa Plancka.
Odniesienie: „Brak LAE w promieniu 5 Mpc od świecącego kwazara w nadmiernej gęstości przy z=6,9: potencjalny dowód ujemnego sprzężenia zwrotnego kwazara w skalach protogromady” 23 września 2024 r., Astronomia i astrofizyka.
DOI: 10.1051/0004-6361/202449566
W skład zespołu wchodzą Trystan S. Lambert (Universidad Diego Portales, Chile/Uniwersytet Australii Zachodniej, Australia), RJ Assef (Universidad Diego Portales, Chile), C. Mazzucchelli (Universidad Diego Portales, Chile), E. Bañados (Max Planck Institute of Astronomy, Niemcy), M. Aravena (Universidad Diego Portales, Chile), F. Barrientos (Pontificia Universidad Católica de Chile, Chile), J. González-López (Obserwatorium Las Campanas, Chile/Universidad Diego Portales, Chile) , W. Hu (George P. i Cynthia Woods Mitchell Institute for Fundamental Physics and Astronomy, Texas A&M University, USA), L. Infante (Pontificia Universidad Católica de Chile, Chile), S. Malhotra (NASA Goddard Space Flight Center, USA), C. Moya-Sierralta (Pontificia Universidad Católica de Chile, Chile), J. Rhoads (NASA Goddard Space Flight Center, USA), F. Valdes (NSF NOIRLab), J. Wang (University of Nauka i Technologia Chin, Chińska Republika Ludowa), IGB Wold (Centrum Badań i Eksploracji w dziedzinie Nauki i Technologii Kosmicznej, NASA Goddard Space Flight Center, USA/Catholic University of America, USA) i Z. Zheng (Szanghajskie Obserwatorium Astronomiczne , Chińska Republika Ludowa).
