Instrument GNIRS należący do NOIRLab ujawnia najbliższe połączenie kwazarów w Kosmicznym Świcie

Astronomowie w NOIRLab Zidentyfikowali innowacyjną parę kwazarów za pomocą potężnego instrumentu GNIRS na teleskopie Gemini North, będącym częścią Międzynarodowego Obserwatorium Gemini obsługiwanego przez NSF NOIRLab. Potwierdzono, że te kwazary powstały we wczesnym Wszechświecie i reprezentują najdalszą parę łączących się kwazarów, jaką kiedykolwiek zarejestrowano. Wyniki opublikowano w Listy do dzienników astrofizycznych.

Badania częściowo finansuje amerykańska National Science Foundation. Wszechświat rozszerzył się od pierwszej chwili po Wielkim Wybuchu. Oznacza to, że galaktyki, które powstały wcześnie, miały większą szansę na interakcję i łączenie się, a wczesny Wszechświat był znacznie mniejszy. Kwazary to niezwykle jasne jądra galaktyczne, w których gaz i pył wpadają do centralnej supermasywnej czarnej dziury i emitują ogromne ilości światła powstałego w wyniku łączenia się galaktyk.

Dlatego też, gdy galaktyki macierzyste łączą się, astronomowie spodziewają się, że patrząc wstecz na wczesny Wszechświat, znajdą wiele par kwazarów znajdujących się blisko siebie. Byli zszokowani, gdy odkryli, że do tej pory nic się nie wydarzyło.

Astronomowie zidentyfikowali dwa łączące się kwazary, które można zobaczyć zaledwie 900 milionów lat po Wielkim Wybuchu za pomocą Teleskopu Gemini North, będącego połową Międzynarodowego Obserwatorium Gemini. Międzynarodowe Obserwatorium Gemini jest zarządzane przez NSF NOIRLab i częściowo finansowane przez amerykańską Narodową Fundację Nauki. To pierwsza para łączących się kwazarów potwierdzona podczas kosmicznej epoki świtu w historii wszechświata i najdalsza para, jaką kiedykolwiek odkryto.

Było to pomiędzy 50 milionami a 1 miliardem lat po Wielkim Wybuchu podczas kosmicznego świtu. W tym czasie pojawiły się pierwsze gwiazdy i galaktyki, oświetlając wcześniej ciemny wszechświat. Era rejonizacji, która rozpoczęła się wraz z pojawieniem się pierwszych gwiazd i galaktyk, zapoczątkowała nową fazę powstawania wszechświata.

W kosmicznym świcie nastąpiła kosmiczna zmiana w epoce rejonizacji. Pierwsze gwiazdy, galaktyki i kwazary we wszechświecie wyemitowały światło ultrafioletowe około 400 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Światło to oddziałało z ośrodkiem międzygalaktycznym i pozbawiło pierwotne atomy wodoru wszechświata ich elektronów w procesie znanym jako jonizacja. Duże struktury obserwowane obecnie we wszechświecie lokalnym po raz pierwszy zaobserwowano podczas kluczowej epoki rejonizacji, która zakończyła kosmiczne Ciemne Wieki.

Astronomowie są zainteresowani identyfikacją i analizą kwazarów zamieszkujących tę wczesną i odległą erę, aby określić dokładną rolę kwazarów w epoce rejonizacji.

Statystyczne właściwości kwazarów w epoce rejonizacji mówią nam wiele rzeczy, takich jak postęp procesu rejonizacji i jego pochodzenie, powstawanie supermasywnych czarnych dziur podczas kosmicznego świtu oraz wczesna ewolucja galaktyk macierzystych kwazarów..

Yoshiki Matsuoka, astronom i główny autor badania z Uniwersytetu Ehime

W epoce rejonizacji odkryto około 300 kwazarów; Jednak żaden z nich nie występuje w parach. Dzieje się tak do czasu, gdy Matsuoka i jego współpracownicy nie zauważyli lekkiej czerwonej plamki podczas badania zdjęć uzyskanych za pomocą kamery Hyper Suprime-Cam na teleskopie Subaru.

Przeglądając zdjęcia kandydatów na kwazarów, zauważyłem dwa podobne, intensywnie czerwone źródła znajdujące się obok siebie. To odkrycie było czystym przypadkiem.

Yoshiki Matsuoka, astronom i główny autor badania z Uniwersytetu Ehime

Ponieważ filtry odległych kwazarów są często zanieczyszczone przez różne źródła, w tym gwiazdy na pierwszym planie, galaktyki i efekty soczewkowania grawitacyjnego, zespół nie był pewien, czy to para kwazarów. Aby potwierdzić naturę tych obiektów, zespół wykorzystał reometr bliskiej podczerwieni Gemini (GNIRS) na statku Gemini North oraz kamerę i spektrograf do słabych obiektów (FOCAS) na teleskopie Subaru w celu wykonania dalszej spektroskopii.

Widma GNIRS, które rozkładają emisję światła ze źródła na długości fal, odegrały kluczową rolę w scharakteryzowaniu pary kwazarów i galaktyk, w których się znajdują.

Z obserwacji GNIRS nauczyliśmy się, że kwazary są zbyt słabe, aby można je było wykryć w bliskiej podczerwieni, nawet za pomocą jednego z największych teleskopów na Ziemi..

Yoshiki Matsuoka, astronom i główny autor badania z Uniwersytetu Ehime

Umożliwiło to zespołowi oszacowanie, że część obserwowanego światła w zakresie długości fal optycznych pochodzi z ciągłego formowania się gwiazd, które ma miejsce w galaktykach macierzystych kwazarów, a nie z samych kwazarów. Zespół odkrył również, że dwie czarne dziury są masywne, a każda z nich ma masę 100 milionów mas Słońca. Oznacza to, że kwazary i ich galaktyki macierzyste przechodzą poważne połączenie, a także most gazowy między nimi.

Matsuoka powiedział:Istnienia łączących się kwazarów w epoce rejonizacji oczekiwano od dawna. Teraz zostało to potwierdzone po raz pierwszy„.

Era rejonizacji łączy początkowe powstawanie struktur kosmicznych ze złożonym wszechświatem obserwowanym miliardy lat później. Astronomowie mogą dowiedzieć się wiele o powstaniu pierwszych obiektów we wszechświecie i procesie rejonizacji, badając odległe obiekty z tej epoki. Dzięki prowadzonemu przez Obserwatorium NSF-DOE Vera C. Rubin Legacy Survey of Space and Time (LSST) obejmującemu dziesięć lat, począwszy od 2025 r., takich odkryć może być więcej. Oczekuje się, że dzięki możliwościom głębokiego obrazowania LSST odkryje miliony kwazarów.

Odniesienie do magazynu:

Matsuoka, Y., i in. (2024) Wykrycie połączenia bliźniaczych kwazarów przy z = 6,05. Listy do dzienników astrofizycznych . doi.org/10.3847/2041-8213/ad35c7