Nowe odkrycie dokonane za pomocą DECam umożliwia wyjaśnienie zagadki „zagęszczenia” sąsiedztwa kwazarów.
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 wyciągnięciu 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; 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 mające na celu potwierdzenie tego wniosku przynosiły jak dotąd sprzeczne wyniki. Nowe badania przeprowadzone przy użyciu DECam wskazuje drogę zarówno do wyjaśnienia tych rozbieżnych obserwacji, jak i do połączenia wyników obserwacji z teorią.
Badaniami kierował Trystan Lambert, doktorant w Instytucie Studiów Astrofizycznych Uniwersytetu Diego Portales w Chile, pierwszy autor 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 badań zespół potrzebował kwazara o dobrze zidentyfikowanej odległości. Na szczęście odległość do kwazara VIK 2348-3054 ustalono 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. DECam jest również wyposażona w filtr wąskopasmowy, znakomicie dopasowany do wykrywania galaktyk towarzyszących. To była idealna sytuacja – powiedział Lambert. Mieliśmy kwazar o dobrze znanej odległości, a DECam na teleskopie Blanco to ogromne pole widzenia i dokładny filtr, których 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 – specyficznej sygnatury energetycznej wodoru wytwarzanej podczas jego jonizacji, a następnie rekombinacji w procesie formowania się gwiazd. Charakteryzuje ona zazwyczaj młodsze, mniejsze galaktyki, a ich emisja Lyman-alfa może być wykorzystana jako sposób na wiarygodny pomiar ich odległości, co można następnie wykorzystać do skonstruowania trójwymiarowej mapy sąsiedztwa kwazara.
Po systematycznym mapowaniu obszaru przestrzeni wokół kwazara VIK 2348-3054 Lambert i jego zespół znaleźli 38 galaktyk towarzyszących wokół niego – 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 osadza w innym kontekście wyniki badań mających na celu klasyfikację środowiska kwazarów wczesnego Wszechświata i może wyjaśniać, dlaczego przyniosły one sprzeczne wyniki. Żadne inne badanie tego typu nie obejmowało tak dużego obszaru poszukiwań, jak ten zapewniany przez DECam; gdy szukamy 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 zaproponował również wyjaśnienie braku galaktyk towarzyszących w bezpośrednim sąsiedztwie kwazara. Badacze postulują, 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. Badacze planują również obserwować inne kwazary, aby otrzymać bardziej solidną próbkę.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- DECam Confirms that Early-Universe Quasar Neighborhoods are Indeed Cluttered
- A lack of Lyman alpha emitters within 5Mpc of a luminous quasar in an overdensity at z=6.9: Potential evidence of negative quasar feedback at protocluster scales
Źródło: NOIRLab
Na ilustracji: Wizja artystyczna przedstawiająca kosmiczne sąsiedztwo kwazara we wczesnym Wszechświecie. Źródło: NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick/J. da Silva (Spaceengine)/M. Zamani
