600 триллионов солнц освещают рассвет Вселенной

Два телескопа, которыми управляет UA, помогли в счастливом открытии самого яркого квазара, когда-либо виденного в ранней Вселенной, что предполагает наличие «скрытой» популяции таких объектов, ожидающих своего открытия.

Рэй Виллард, STScI, и Даниэль Столте, университетские коммуникации
9 января 2019 г.

heic1902a_1.jpg

С помощью космического телескопа НАСА «Хаббл» астрономы обнаружили самый яркий объект, который когда-либо видели в то время, когда Вселенной было менее одного миллиарда лет. Блестящий маяк — это квазар, ядро ​​галактики с черной дырой, жадно пожирающей окружающий его материал.

Хотя квазар находится очень далеко — 12,8 миллиарда световых лет — астрономы могут обнаружить его, потому что галактика, расположенная ближе к Земле, действует как линза и делает квазар очень ярким. Гравитационное поле ближайшей галактики искривляет само пространство, искривляя и усиливая свет далекого квазара в результате эффекта, известного как гравитационное линзирование.

Исследователи искали чрезвычайно удаленные квазары более 20 лет, прежде чем редкое и случайное выравнивание звезд сделало этот квазар видимым.Обнаруженный с помощью телескопа MMT Аризонского университета, расположенного к югу от Тусона, сверхяркий квазар может какое-то время быть самым ярким в ранней Вселенной, что делает его уникальным объектом для последующих исследований.

«Мы не ожидаем найти много квазаров ярче этого во всей наблюдаемой Вселенной», — ведущий исследователь. Сяохуэй Фан сказал о квазаре, который был внесен в каталог как J043947.08+163415.7.

Сияющий светом, эквивалентным почти 600 триллионам солнц, квазар подпитывается сверхмассивной черной дырой в центре молодой галактики, находящейся в процессе формирования. Когда черная дыра поглощает окружающий ее материал, излучается огромное количество энергии. Обнаружение дает редкую возможность изучить увеличенное изображение того, как такие черные дыры сопровождали звездообразование в очень ранней Вселенной и влияли на формирование галактик.

«Если бы этот квазар не был линзован, его яркость была бы более чем в 50 раз «тусклее», — сказал Фэн, профессор астрономии в Обсерватории Стюарда в Австралии. «Этот запредельно яркий».

Первые изображения, предполагающие возможную структуру линз, были получены с помощью Большого бинокулярного телескопа, расположенного на юго-востоке Аризоны и находящегося под управлением UA.

Квазар с линзами не только яркий в видимом и инфракрасном диапазонах, но и в субмиллиметровом диапазоне, наблюдаемый с помощью телескопа Джеймса Клерка Максвелла на Мауна-Кеа, Гавайи. Это излучение связано с горячей пылью, нагретой в результате интенсивного звездообразования в галактике, в которой находится квазар с линзой. Скорость образования оценивается в 10 000 звезд в год (для сравнения, наша галактика Млечный Путь производит одну звезду в год).

«Очевидно, что эта черная дыра не только аккрецирует газ, но и имеет много звездообразования вокруг себя», — сказал член команды UA Джиньи Ян.«Однако из-за усиливающего эффекта гравитационного линзирования фактическая скорость звездообразования может быть намного ниже, чем предполагает наблюдаемая яркость».

Квазар существовал в переходный период эволюции Вселенной, называемый реионизацией, когда свет от молодых галактик и квазаров повторно нагревал затемняющий водород, который остыл вскоре после Большого взрыва.

Квазар остался бы незамеченным, если бы не сила гравитационного линзирования, которая увеличила его яркость в 50 раз.

«По сути, у нас есть очень увеличенное изображение этой сверхмассивной черной дыры», — сказал Фан. «Это похоже на увеличительное стекло, которое дает вам изображение, которое не только ярче, но и больше. Теперь мы можем смотреть на гораздо меньшие структуры, окружающие эту черную дыру».

Очень далекие квазары идентифицируются по их красному цвету (из-за поглощения диффузным газом в межгалактическом пространстве), хотя иногда их свет «загрязнен» и выглядит более голубым из-за звездного света промежуточной галактики. В результате их можно не заметить при поиске квазаров, потому что их цвет размыт, чтобы напоминать цвет обычной галактики.

«Мы думаем, что, вероятно, есть от 10 до 20 таких объектов, которые мы не нашли, потому что они выглядели бы нечеткими, а цвета недостаточно сдвинуты в красную сторону», — сказал Фан. «Это означает, что наш традиционный способ поиска квазаров может больше не работать, и мы должны найти какой-то новый подход, основанный на больших данных, чтобы расширить наш поиск».

Фэн сказал, что его команде повезло с обнаружением J043947.08+163415.7, потому что квазар настолько яркий, что заглушает звездный свет от особенно слабой линзирующей галактики на переднем плане.

«Без такого высокого уровня увеличения мы не смогли бы увидеть галактику, — сказал член команды Файги Ван из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. — Мы даже можем искать газ вокруг черной дыры и то, что черная дыра может влиять на галактику».

Объект был выбран по его цвету путем объединения фотометрических данных из обзора полушария инфракрасного телескопа Соединенного Королевства, телескопа панорамного обзора и системы быстрого реагирования (Pan-STARRS1) в оптических длинах волн и архива NASA Wide-field Infrared Survey Explorer в среднем инфракрасном диапазоне. .

Последующие спектроскопические наблюдения проводились с помощью Многозеркального телескопа UA, обсерватории Джемини и обсерватории Кека. Эти наблюдения выявили слабую галактику на переднем плане прямо между квазаром и Землей, которая увеличивает изображение квазара. Однако, поскольку источник выглядит нечетким в наземных наблюдениях (и поэтому его можно принять только за галактику), исследователи использовали изысканные возможности визуализации Хаббла, чтобы подтвердить, что это квазар с линзами.

«Эту систему сложно сфотографировать, потому что она настолько компактна, что требует максимально четкого изображения с Хаббла», — сказал Фан.

Квазар созрел для дальнейшего изучения. Команда Фэна анализирует подробный 20-часовой спектр с Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории, который покажет особенности поглощения газа для определения химического состава и температуры межгалактического газа в ранней Вселенной. Астрономы также будут использовать Атакамскую большую миллиметровую/субмиллиметровую решетку и, в конечном итоге, космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба, чтобы заглянуть в пределах 150 световых лет от черной дыры, чтобы напрямую обнаружить влияние гравитации черной дыры на движение газа и звездообразование в ее окрестностях. .

Команда представила открытие во время пресс-брифинга 9 января на 233-м собрании Американского астрономического общества в Сиэтле.