Nowe odkrycie dokonane za pomocą DECam oferuje przejrzyste wyjaśnienie zagadki „zagęszczenia” sąsiedztwa kwazarów.
Źródło: NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick/J. da Silva (Spaceengine)/M. Zamani
Obserwacje przy użyciu Kamery Ciemnej Energii (DECam) potwierdzają oczekiwania astronomów, że kwazary we wczesnym Wszechświecie powstały w regionach przestrzeni gęsto zaludnionych galaktykami towarzyszącymi. Wyjątkowo szerokie pole widzenia DECam i specjalne filtry odegrały kluczową rolę w osiągnięciu tego wniosku, a obserwacje ujawniają, dlaczego poprzednie badania mające na celu scharakteryzowanie gęstości sąsiedztwa kwazarów we wczesnym Wszechświecie dały sprzeczne wyniki.
Kwazary są najjaśniejszymi obiektami we Wszechświecie i są zasilane przez materię gromadzącą się w supermasywnych czarnych dziurach w centrach galaktyk. Badania wykazały, że kwazary z wczesnego Wszechświata mają czarne dziury tak masywne, że musiały połykać gaz w bardzo szybkim tempie, co doprowadziło większość astronomów do przekonania, że kwazary te powstały w jednych z najgęstszych środowisk we Wszechświecie, gdzie gaz był najbardziej dostępny. Jednak pomiary obserwacyjne mające na celu potwierdzenie tego wniosku przyniosły jak dotąd sprzeczne wyniki. Nowe badania przeprowadzone przy użyciu Kamery Ciemnej Energii wskazuje drogę zarówno do wyjaśnienia tych rozbieżnych obserwacji, jak i logicznych ram łączących obserwacje z teorią.
Badaniami kierował Trystan Lambert, który ukończył tę pracę jako doktorant w Instytucie Studiów Astrofizycznych Uniwersytetu Diego Portales w Chile i jest pierwszym autorem artykułu opublikowanego w Astronomy & Astrophysics. Korzystając z ogromnego pola widzenia DECam, zespół przeprowadził największe jak dotąd przeszukiwanie obszaru na niebie wokół kwazara z wczesnego Wszechświata, próbując zmierzyć gęstość jego otoczenia poprzez wyznaczenie liczby otaczających go galaktyk towarzyszących.
Do swoich badań zespół potrzebował kwazara o dobrze zidentyfikowanej odległości. Na szczęście kwazar VIK 2348-3054 ma znaną odległość, ustaloną na podstawie wcześniejszych obserwacji za pomocą Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), a pole widzenia DECam o wielkości trzech stopni kwadratowych zapewniło rozległe spojrzenie na jego kosmiczne sąsiedztwo. Przypadkowo DECam jest również wyposażony w filtr wąskopasmowy idealnie dopasowany do wykrywania galaktyk towarzyszących. Te badania kwazara były naprawdę idealną burzą – powiedział Lambert. Mieliśmy kwazar o dobrze znanej odległości, a DECam na teleskopie Blanco oferował ogromne pole widzenia i dokładny filtr, którego potrzebowaliśmy.
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 Lyman-alfa to specyficzna sygnatura energetyczna wodoru, wytwarzana podczas jego jonizacji, a następnie rekombinacji w procesie formowania się gwiazd. Emitery Lyman-alfa są zazwyczaj młodszymi, mniejszymi galaktykami, a ich emisja Lyman-alfa może być wykorzystana jako sposób na wiarygodny pomiar ich odległości. Pomiary odległości dla wielu emiterów Lyman-alfa mogą być następnie wykorzystane do skonstruowania trójwymiarowej mapy sąsiedztwa kwazara.
Po systematycznym mapowaniu obszaru przestrzeni wokół kwazara VIK 2348-3054, Lambert i jego zespół znaleźli 38 galaktyk towarzyszących w szerszym środowisku wokół kwazara – w odległości do 60 milionów lat świetlnych – co jest zgodne z tym, czego oczekuje się od kwazarów znajdujących się w gęstych regionach. Zaskoczyło ich jednak, że w odległości 15 milionów lat świetlnych od kwazara nie było żadnych galaktyk towarzyszących.
Odkrycie to naświetla rzeczywistość wcześniejszych badań mających na celu klasyfikację środowiska kwazarów wczesnego Wszechświata i proponuje możliwe wyjaśnienie, dlaczego przyniosły one sprzeczne wyniki. Żadne inne badanie tego typu nie wykorzystywało tak dużego obszaru poszukiwań jak ten zapewniany przez DECam, więc w przypadku poszukiwań na mniejszym obszarze otoczenie kwazara może wydawać się zwodniczo puste.
Niezwykle szerokie pole widzenia DECam jest niezbędne do dokładnego badania okolic kwazarów. Trzeba naprawdę otworzyć się na większy obszar – powiedział Lambert. Sugeruje to rozsądne wyjaśnienie, dlaczego poprzednie obserwacje są ze sobą sprzeczne.
Zespół sugeruje również wyjaśnienie braku galaktyk towarzyszących w bezpośrednim sąsiedztwie kwazara. Postulują oni, że intensywność promieniowania z kwazara może być wystarczająco duża, aby wpłynąć lub potencjalnie zatrzymać tworzenie się gwiazd w tych galaktykach, czyniąc je niewidocznymi dla naszych obserwacji.
Niektóre kwazary nie są cichymi sąsiadami – powiedział Lambert. Gwiazdy w galaktykach powstają z gazu, który jest na tyle zimny, że zapada się pod wpływem własnej grawitacji. Świecące kwazary mogą być potencjalnie tak jasne, że mogą oświetlać ten gaz w pobliskich galaktykach i podgrzewać go, zapobiegając zapadaniu się.
Zespół Lamberta prowadzi obecnie dodatkowe obserwacje, aby uzyskać widma i potwierdzić tłumienie procesów gwiazdotwórczych. Planują również obserwować inne kwazary, aby otrzymać bardziej solidną próbkę.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
NOIRLab