Международная исследовательская группа под руководством Итальянского национального института астрофизики (INAF) использовала космический телескоп «Джеймс Уэбб», чтобы наблюдать драматическое взаимодействие между квазаром и двумя массивными галактиками-спутниками в далекой Вселенной. Исследование опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.
Наблюдения этого квазара, одного из первых, изученных с помощью NIRSpec, когда Вселенной было менее миллиарда лет (красное смещение z = 6,2342), позволили получить данные сенсационного качества: прибор «захватил» спектр квазара с погрешностью менее 1% на пиксель. Галактика-хозяин PJ308-21 демонстрирует высокую металличность и условия фотоионизации, характерные для активного галактического ядра, в то время как одна из галактик-спутников демонстрирует низкую металличность (которая относится к обилию химических элементов тяжелее водорода и гелия) и фотоионизацию, вызванную звездообразованием. Более высокая металличность характерна для второй галактики-спутника, которая частично фотоионизирована квазаром.
Открытие позволило астрономам определить массу сверхмассивной черной дыры в центре системы (около 2 миллиардов солнечных масс). Оно также подтвердило, что и квазар, и окружающие его галактики сильно эволюционировали по массе и обогащению металлами и находятся в постоянном росте. Это имеет глубокие последствия для нашего понимания космической истории и химической эволюции галактик.
Роберто Декарли, научный сотрудник INAF в Болонье и первый автор статьи, поясняет: «Наше исследование показывает, что как черные дыры в центре высокоскоростных квазаров, так и галактики, в которых они находятся, подвергаются чрезвычайно бурному росту уже в первые миллиарды лет космической истории, чему способствует богатая галактическая среда, в которой они формируются».
Наблюдения проводились в режиме интегральной полевой спектроскопии: для каждого пикселя изображения можно наблюдать спектр всего оптического диапазона, смещенный в сторону инфракрасного диапазона из-за расширения Вселенной. Это позволяет изучать различные газовые трассеры (эмиссионные линии) с помощью 3D-подхода. Благодаря этой технике команда обнаружила пространственно протяженные эмиссии различных элементов, которые были использованы для изучения свойств ионизированной межзвездной среды, включая источник и жесткость поля фотоионизирующего излучения, металличность, пылевое помрачение, электронную плотность и температуру, а также скорость звездообразования. Кроме того, исследователи в незначительной степени обнаружили эмиссию звездного света.
Федерика Лойаконо, астрофизик, с энтузиазмом комментирует полученные результаты: «Мы впервые можем изучить в системе PJ308-21 оптический диапазон, богатый ценными данными о свойствах газа вблизи черной дыры в галактике, принимающей квазар, и в окружающих галактиках. Например, мы можем увидеть эмиссию атомов водорода и сравнить ее с химическими элементами, производимыми звездами, чтобы установить, насколько богат металлами газ в галактиках».
Благодаря чувствительности космического телескопа Джеймса Уэбба в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне, стало возможным с беспрецедентной точностью изучить спектр квазара и галактик-компаньонов в далекой Вселенной.
Преобразующее воздействие бортовых приборов космического телескопа Джеймса Уэбба подчеркивает его важнейшую роль в развитии астрофизических исследований: «Еще пару лет назад данные об обогащении металлами (необходимые для понимания химической эволюции галактик) были практически недоступны для нас, особенно на таких расстояниях. Теперь же мы можем составить их подробную карту всего за несколько часов наблюдений, причем даже в галактиках, наблюдавшихся в период становления Вселенной», — заключает Декарли.
[Фото: Decarli/INAF/A&A 2024]
