Obserwacje za pomocą teleskopu Gemini pomogły w odkryciu najodleglejszej pary łączących się kwazarów, widocznej zaledwie 900 milionów lat po Wielkim Wybuchu.
Źródło: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick
Z pomocą potężnego instrumentu GNIRS na teleskopie Gemini North, zespół astronomów odkrył podwójnie rekordową parę kwazarów. Jest to nie tylko najodleglejsza para łączących się kwazarów, jaką kiedykolwiek znaleziono, ale także jedyna para potwierdzona w minionej epoce najwcześniejszego formowania się Wszechświata.
Od pierwszej chwili po Wielkim Wybuchu Wszechświat rozszerza się. Oznacza to., że wczesny Wszechświat był znacznie mniejszy, a wczesne galaktyki były bardziej podatne na interakcje i łączenie się. Fuzje galaktyk napędzają powstawanie kwazarów – niezwykle jasnych jąder galaktyk, w których gaz i pył wpadające do centralnej supermasywnej czarnej dziury emitują ogromną ilość światła. Spoglądając wstecz na wczesny Wszechświat, astronomowie spodziewaliby się znaleźć liczne pary kwazarów w bliskiej odległości od siebie, ponieważ ich galaktyki macierzyste uległy fuzji. Byli jednak zaskoczeni, że nie znaleźli żadnej pary – aż do teraz.
Za pomocą teleskopu Gemini North zespół astronomów odkrył parę łączących się kwazarów widocznych zaledwie 900 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Jest to nie tylko najodleglejsza para łączących się kwazarów, jaką kiedykolwiek znaleziono, ale także pierwsza potwierdzona para w okresie historii Wszechświata zwanym jako Kosmiczny Świt.
Kosmiczny Świt trwał od około 50 milionów lat po Wielkim Wybuchu. W tym okresie zaczęły pojawiać się pierwsze gwiazdy i galaktyki, po raz pierwszy wypełniając ciemny Wszechświat światłem. Pojawienie się pierwszych gwiazd i galaktyk zapoczątkowało erę w formowaniu się kosmosu, znaną jako Epoka Rejonizacji.
Era rejonizacji, która miała miejsce podczas Kosmicznego Świtu, była okresem kosmologicznej transformacji. Począwszy od około 400 milionów lat po Wielkim Wybuchu, światło ultrafioletowe z pierwszych gwiazd, galaktyk i kwazarów rozprzestrzeniło się w kosmosie, oddziałując z ośrodkiem międzygalaktycznym i pozbawiając pierwotne atomy wodoru ich elektronów w procesie znanym jako jonizacja. Era rejonizacji była krytyczną epoką w historii Wszechświata, która oznaczała koniec kosmicznych wieków ciemnych i dała początek dużym strukturom obserwowanym dzisiaj w naszym lokalnym Wszechświecie.
Aby zrozumieć dokładną rolę, jaką kwazary odegrały podczas ery rejonizacji, astronomowie są zainteresowani znalezieniem i zbadaniem kwazarów zamieszkujących tę wczesną i odległą epokę. Statystyczne właściwości kwazarów w erze rejonizacji mówią nam wiele rzeczy, takich jak postęp i pochodzenie rejonizacji, powstawanie supermasywnych czarnych dziur podczas Kosmicznego Świtu oraz najwcześniejsza ewolucja galaktyk goszczących kwazary – powiedział Yoshiki Matsuoka, astronom z Uniwersytetu Ehime w Japonii i główny autor artykułu opisującego te wyniki, opublikowanego w Astrophysical Journal Letters.
W erze rejonizacji odkryto około 300 kwazarów, ale żadnego z nich nie znaleziono w parze. Tak było do czasu, gdy Matsuoka i jego zespół przeglądali zdjęcia wykonane za pomocą Hyper Suprime-Cam na teleskopie Subaru i ich wzrok przykuła słaba plama czerwieni. Podczas przeglądania zdjęć kandydatów na kwazary zauważyłem dwa podobne i niezwykle czerwone źródła obok siebie – powiedział Matsuoka. Odkrycie było czysto przypadkowe.
Zespół nie był pewien, czy jest to para kwazarów, ponieważ obrazy odległych kwazarów są zanieczyszczone przez wiele innych źródeł, takich jak gwiazdy i galaktyki pierwszego planu oraz efekty soczewkowania grawitacyjnego. Aby potwierdzić naturę tych obiektów, zespół przeprowadził dalszą spektroskopię przy użyciu Faint Object Camera and Spectrograph (GNRIS) na Gemini North. Widma, które rozkładają emitowane światło ze źródła na składowe długości fal, uzyskane za pomocą GNIRS, były kluczowe dla scharakteryzowania natury pary kwazarów i ich galaktyk macierzystych.
Z obserwacji GNIRS dowiedzieliśmy się, że kwazary są zbyt słabe, aby wykryć je w bliskiej podczerwieni, nawet przy użyciu jednego z największych teleskopów na Ziemi – powiedział Matsuoka. Pozwoliło to zespołowi oszacować, że część światła wykrytego w optycznym zakresie długości fal nie pochodzi od samych kwazarów, ale od trwającego procesu formowania się gwiazd w ich galaktykach macierzystych. Zespół odkrył również, że obie czarne dziury są olbrzymami, z których każda ma masę 100 milionów razy większą niż Słońce. To, w połączeniu z obecnością mostu gazu rozciągającego się między dwoma kwazarami, sugeruje, że one i ich galaktyki macierzyste przechodzą fuzję na dużą skalę.
Istnienie łączących się kwazarów w erze rejonizacji było przewidywane od dłuższego czasu. Teraz zostało potwierdzone po raz pierwszy – powiedział Matsuoka.
Epoka rejonizacji łączy najwcześniejsze formowanie się struktury kosmicznej ze złożonym Wszechświatem, który obserwujemy miliardy lat później. Badając odległe obiekty z tego okresu, astronomowie uzyskują cenny wgląd w proces rejonizacji i formowania się pierwszych obiektów we Wszechświecie. Więcej takich odkryć może pojawić się na horyzoncie dzięki mającemu trwać dekadę przeglądowi Legacy Survey of Space and Time (LSST), który rozpocznie się w 2025 roku i będzie mieć na celu wykrycie milionów kwazarów przy użyciu możliwości głębokiego obrazowania.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Gemini Observatory