Webb obserwuje gromadę galaktyk zasilającą kwazary

W odległym Wszechświecie znajduje się protogromada galaktyk, która pokazuje astronomom wskazówki na temat kosmicznej historii. Przede wszystkim ma w swoim sercu aktywne jądro galaktyczne – kwazar. To obiekt emitujący ogromne ilości promieniowania. Ale teraz odkryli, że co najmniej trzy młode galaktyki wysyłają ogromne ilości kosmicznego pożywienia (gazu i pyłu) do zasilanego silnika napędzanego czarną dziurą. Te niemowlęce galaktyki są masywne i szybko poruszają się wokół siebie. I żeby było ciekawiej, prawdopodobnie w akcję zaangażowana jest ciemna materia.

Wszystko to ma miejsce w miejscu, które według astronomów jest jednym z najgęstszych obszarów formowania się galaktyk we wczesnym wszechświecie. Kwazar SDSS J165202.64+172852.3 znajduje się w centrum akcji i znajduje się 11,5 miliarda lat świetlnych od nas. To bardzo „czerwone” aktywne jądro galaktyczne. Kolor wynika z pewnej nieodłącznej cechy galaktyki, która go zawiera. Ale kwazar jest również przesunięty ku czerwieni, co sprawia, że ​​wygląda jeszcze bardziej czerwono.

To oczywiście czyniło go idealnym celem dla Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba , który niedawno przyjrzał się kwazarowi. W trakcie sprawdzania jego emisji JWST znalazł dowody na istnienie galaktyk, które go karmią. Wyniki już poszerzają wiedzę na temat tego, w jaki sposób galaktyki we wczesnym Wszechświecie połączyły się w kosmiczną sieć, którą widzimy dzisiaj.

Spektroskopowe spojrzenie na kwazara
Zespół wykorzystał obserwacje kwazara wykonane przez instrument Webb NIRSpec, aby potwierdzić istnienie trzech młodych masywnych galaktyk.

Nasze pierwsze spojrzenie na dane szybko ujawniło wyraźne oznaki poważnych interakcji między sąsiednimi galaktykami. Czułość instrumentu NIRSpec była natychmiast widoczna i było dla mnie jasne, że wchodzimy w nową erę spektroskopii w podczerwieni.powiedział członek zespołu Andrey Vayner z Johns Hopkins University w Baltimore w USA.

Galaktyki karmiące kwazar są dość gęsto upakowane w przestrzeni. Zespół uważa, że ​​jest to jeden z najgęstszych znanych obszarów formowania się galaktyk we wczesnym Wszechświecie.

Nawet gęsty węzeł ciemnej materii nie wystarczy, by to wyjaśnić. Uważamy również, że możemy zobaczyć region, w którym łączą się ze sobą dwa masywne halo ciemnej materii.powiedziała astronom Dominika Wylezalek z Uniwersytetu w Heidelbergu w Niemczech, która kierowała badaniami kwazara.

Cała scena jest bezprecedensowa. To dlatego, że astronomowie wciąż pracują nad ustaleniem, jak i kiedy zaczęły powstawać pierwsze gromady galaktyk.

W tak wczesnym okresie znanych jest niewiele protogromad galaktyk. Trudno je znaleźć, a od Wielkiego Wybuchu bardzo niewielu zdążyło się uformować. Może to ostatecznie pomóc nam zrozumieć, jak ewoluują galaktyki w gęstym środowisku. To ekscytujący wynik.powiedział Wylezalek.

Kwazary i wczesny Wszechświat
W ciągu ostatnich kilku dekad astronomowie odkryli, że kwazary są poręcznymi sondami wczesnego Wszechświata. Ich światło zapewnia standardową świecę do pomiaru odległości . Kiedy prześwieca przez chmury gazu i pyłu, światło kwazara „oświetla” istnienie pierwiastków chemicznych między nami a kwazarem. Jednak kwazary są obecnie znane jako latarnie, które dostarczają wskazówek na temat istnienia gromad galaktyk, które istniały mniej niż trzy miliardy lat po Wielkim Wybuchu.

Obejmuje to protogromady, takie jak ten, który zawiera kwazar SDSS J165202.64+172852.3. To chaotyczne miejsce. To galaktyka z głodną czarną dziurą w jądrze, jednym z najpotężniejszych znanych aktywnych jąder galaktycznych. Czarna dziura jest zasilana przez spadający gaz z własnej galaktyki i trzech sąsiednich galaktyk. Ale wysyła również ogromne ilości promieniowania i innych emisji, aby stworzyć silny „wiatr galaktyczny”. To wysyła wolny gaz z macierzystej galaktyki. Bez gazu formowanie się gwiazd w żywicielu kończy się. Wpływają też na otaczające galaktyki.

Koncentrowanie się na Protoklastrze niemowląt
Inne teleskopy badały region wokół SDSS J165202.64+172852.3, w tym Kosmiczny Teleskop Hubble’a i naziemny Gemini-North. Ale rozplątanie akcji wymagało instrumentu NIRSpec JWST. Może faktycznie zbierać widma z wielu punktów emisji, dzięki czemu idealnie nadaje się do oglądania SDSS J165202.64+172852.3 i galaktyk karmiących jego czarną dziurę. Dane spektralne ujawniają ruch i prędkość galaktycznych wiatrów i odpływów do i z kwazara. W szczególności NIRSpec był w stanie zobaczyć i zmierzyć zjonizowany tlen w regionie. To jeden ze śladów akcji między kwazarem a jego sąsiadami.

Obserwacje JWST są pierwszymi z wielu, jakie astronomowie mają nadzieję przeprowadzić w tym regionie i innych kwazarach w różnych epokach kosmicznej historii.

Rozplątanie niewiarygodnie jasnego światła odległego kwazara od znacznie słabszego gospodarza i jego towarzyszy jest prawie niemożliwe z poziomu ziemi. Odkrycie szczegółów wiatrów galaktycznych, które mogą generować informacje zwrotne, jest jeszcze większym wyzwaniem. Teraz z Webbem już widzimy, że to się zmienia.skomentował członek zespołu David Rupke z Rhodes College w Memphis w USA.

Webb odkrywa gęsty węzeł kosmiczny we wczesnym Wszechświecie

Webb kontynuuje swoje poszukiwania w najwcześniejszych czasach naszego Wszechświata, ujawniając zaskakującą formację masywnej gromady galaktyk wokół potężnego, czerwonego kwazara.

Astronomowie badający wczesny Wszechświat dokonali zaskakującego odkrycia za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba: gromady masywnych galaktyk w procesie formowania się wokół niezwykle czerwonego kwazara. Wyniki poszerzą naszą wiedzę na temat tego, w jaki sposób gromady galaktyk we wczesnym wszechświecie łączyły się i tworzyły kosmiczną sieć, którą widzimy dzisiaj.

Kwazar, specjalny rodzaj aktywnego jądra galaktycznego (AGN), to zwarty region z supermasywną czarną dziurą w centrum galaktyki. Gaz wpadający do supermasywnej czarnej dziury sprawia, że ​​kwazar jest wystarczająco jasny, by przyćmić wszystkie gwiazdy galaktyki Badany przez Webba kwazar, nazwany SDSS J165202.64+172852.3, istniał 11,5 miliarda lat temu. Jest niezwykle czerwona nie tylko ze względu na swój wewnętrzny czerwony kolor, ale także dlatego, że światło galaktyki zostało przesunięte ku czerwieni przez jej ogromną odległość. To sprawiło, że Webb, dysponujący niezrównaną czułością w zakresie fal podczerwonych, doskonale nadawał się do szczegółowego badania galaktyki.

Ten kwazar jest jednym z najpotężniejszych znanych jąder galaktycznych, jakie zaobserwowano z tak ekstremalnej odległości. Astronomowie spekulowali, że ekstremalna emisja kwazara może spowodować „galaktyczny wiatr”, wypychający wolny gaz z jego macierzystej galaktyki i prawdopodobnie znacznie wpływając na przyszłe formowanie się gwiazd. Aby zbadać ruch gazu, pyłu i materii gwiezdnej w galaktyce, zespół wykorzystał spektrograf w bliskiej podczerwieni (NIRSpec). Ten potężny instrument wykorzystuje technikę zwaną spektroskopią , aby przyjrzeć się ruchom różnych wypływów i wiatrów otaczających kwazar. NIRSpec może jednocześnie zbierać widma w całym polu widzenia teleskopu, a nie tylko z jednego punktu na raz, umożliwiając Webbowi jednoczesne badanie kwazara, jego galaktyki i szerszego otoczenia.

Poprzednie badania przeprowadzone przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a i inne obserwatoria zwróciły uwagę na potężne wypływy z kwazara, a astronomowie spekulowali, że jego galaktyka macierzysta może łączyć się z jakimś niewidocznym partnerem. Jednak zespół nie spodziewał się, że dane Webba z NIRSpec wyraźnie wskazują, że nie była to tylko jedna galaktyka, ale co najmniej trzy kolejne wirujące wokół niej. Dzięki widmom na dużym obszarze można było zmapować ruchy całej otaczającej materii, co doprowadziło do wniosku, że czerwony kwazar był w rzeczywistości częścią gęstego węzła formacji galaktyk.

Istnieje niewiele znanych protogromad galaktyk w tym wczesnym okresie. Trudno je znaleźć, a od Wielkiego Wybuchu bardzo niewielu zdążyło się uformować. To może ostatecznie pomóc nam zrozumieć, jak ewoluują galaktyki w gęstym środowisku. To ekscytujący wynik.powiedziała astronom Dominika Wylezalek z Uniwersytetu w Heidelbergu w Niemczech, która prowadziła badania z Webbem.

Wykorzystując obserwacje z NIRSpec, zespół był w stanie potwierdzić trzech galaktycznych towarzyszy tego kwazara i pokazać, jak są ze sobą połączone. Dane archiwalne z Hubble’a wskazują, że może być ich jeszcze więcej. Zdjęcia z Wide Field Camera 3 na teleskopie Hubble’a pokazały rozległą materię otaczającą kwazar i jego galaktykę, co skłoniło go do wyboru do tego badania na jego odpływ i wpływ na jego galaktykę macierzystą. Teraz zespół podejrzewa, że ​​mogli patrzeć na jądro całej gromady galaktyk – dopiero teraz ujawnione przez ostre obrazowanie Webba.

Nasze pierwsze spojrzenie na dane szybko ujawniło wyraźne oznaki poważnych interakcji między sąsiednimi galaktykami. Czułość instrumentu NIRSpec była natychmiast widoczna i było jasne, że mnie, że jesteśmy w nowej erze spektroskopii w podczerwieni.powiedział członek zespołu Andrey Vayner z Johns Hopkins University w Baltimore w stanie Maryland.

Trzy potwierdzone galaktyki krążą wokół siebie z niewiarygodnie dużymi prędkościami, co wskazuje na obecność dużej masy. W połączeniu z tym, jak blisko są upakowane w regionie wokół tego kwazara, zespół uważa, że ​​oznacza to jeden z najgęstszych znanych obszarów formowania się galaktyk we wczesnym wszechświecie.

Nawet gęsty węzeł ciemnej materii nie wystarczy, by to wyjaśnić. Sądzimy, że możemy zobaczyć region, w którym łączą się ze sobą dwa masywne halo ciemnej materii”. Ciemna materia jest niewidzialnym składnikiem wszechświata, który utrzymuje razem galaktyki i gromady galaktyk i uważa się, że tworzy „halo”, które rozciąga się poza gwiazdy w tych strukturach.mówi Wylezalek.

Badanie przeprowadzone przez zespół Wylezaleka jest częścią badań Webba nad wczesnym wszechświatem. Dzięki bezprecedensowej zdolności cofania się w czasie teleskop jest już wykorzystywany do badania, w jaki sposób powstały i ewoluowały pierwsze galaktyki oraz jak powstały czarne dziury i jak wpłynęły na strukturę Wszechświata. Zespół planuje dalsze obserwacje tej nieoczekiwanej protogromady galaktyk i ma nadzieję wykorzystać je do zrozumienia, jak gęste, chaotyczne gromady galaktyk, takie jak ta jedna, tworzą się i jak wpływa na nią aktywna, supermasywna czarna dziura w jej sercu.

info: Webbtelescope.org

Grawitacja naprawdę zaplątała światło odległego kwazara

Już w 1979 roku astronomowie zauważyli na niebie dwa prawie identyczne kwazary, które wydawały się blisko siebie. Te tak zwane „bliźniacze kwazary” są w rzeczywistości oddzielnymi obrazami tego samego obiektu. Jeszcze bardziej intrygujące: ścieżki światła, które utworzyły każdy obraz, przeszły przez różne części gromady. Jedna ścieżka trwała nieco dłużej niż druga. Oznaczało to, że migotanie na jednym zdjęciu kwazara wystąpiło 14 miesięcy później na drugim. Powód? Rozkład masy gromady utworzył soczewkę, która zniekształciła światło i drastycznie wpłynęła na obie ścieżki.

Dopiero w 2022 roku, zespół astronomów z Uniwersytetu w Walencji poinformował o badaniu podobnego efektu z innym odległym kwazarem. Spędzili czternaście lat mierząc jeszcze dłuższe opóźnienie między wielokrotnymi obrazami ich docelowego kwazara. Gromada galaktyk SDSS J1004+4112 odgrywa rolę w opóźnieniu. Kombinacja galaktyk i ciemnej materii w gromadzie naprawdę oplata światło kwazara, gdy przez nie przechodzi. To powoduje, że światło porusza się różnymi trajektoriami przez soczewkę grawitacyjną. Rezultatem jest ten sam dziwny efekt opóźniony w czasie.

Cztery obrazy kwazara, które obserwujemy, w rzeczywistości odpowiadają jednemu kwazarowi, którego światło zakrzywia się w kierunku nas przez pole grawitacyjne gromady galaktyk. Ponieważ trajektoria, po której podążają promienie świetlne tworzące każdy obraz, jest inna, obserwujemy je w różnych momentach czasu; w tym przypadku musimy poczekać 6,73 roku na odtworzenie sygnału, który zaobserwowaliśmy na pierwszym obrazie na czwartym.powiedział José Antonio Muñoz Lozano, profesor z Wydziału Astronomii i Astrofizyki. i dyrektor Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu w Walencji.

loan Digital Sky Survey po raz pierwszy odkrył gromadę SDSS J1004+4112. Teleskop Kosmiczny Hubble’a sfotografował go w 2006 roku. Był to pierwszy obraz pojedynczego kwazara, w którym jego światło zostało podzielone na pięć obrazów przez soczewkowanie.

Szybki przewodnik graficzny po soczewkowaniu kwazara

Soczewkowanie grawitacyjne tworzy efekt optyczny, gdy światło przechodzi przez obszar przestrzeni z silnym wpływem grawitacyjnym.

Co opóźnienia czasowe mówią astronomom?
Obserwowane opóźnienie czasowe rzuca przed astronomami kilka interesujących wskazówek na temat soczewkowania gromad. Gromady galaktyk są zdumiewająco masywne i są największymi grawitacyjnie związanymi strukturami, jakie znamy we wszechświecie. Niektóre zawierają tysiące galaktyk. Połączona grawitacja galaktyk plus wymieszana ciemna materia w gromadzie może splątać światło z bardziej odległych obiektów, gdy przechodzi przez gromadę lub w jej pobliżu. Okazuje się, że masa całej „rzeczy” w skupisku jest nierównomiernie rozłożona. To może wpłynąć na ścieżkę światła przez gromadę.

Tak więc astronomowie potrzebują wszystkich danych, jakie mogą uzyskać na temat rozmieszczenia materii w gromadzie. Obejmuje to ciemną materię. To wszystko pomaga im zrozumieć, jak wpływa to na drogę światła z odległego kwazara. „Pomiar tych opóźnień czasowych pomaga lepiej zrozumieć właściwości galaktyk i gromad galaktyk, ich masę i rozkład, a także dostarcza nowych danych do oszacowania stałej Hubble’a” – powiedział Lozano.

Zrozumienie rozkładu masy w klastrach soczewkowych
Oprócz rozkładu masy, dane obserwacyjne pomagają również zrozumieć inne cechy gromady soczewkowania, powiedziała Raquel Fores Toribio, doktorantka na Uniwersytecie.

W szczególności udało się ograniczyć rozkład ciemnej materii w wewnętrznym obszarze gromady, ponieważ efekt soczewkowania jest wrażliwy nie tylko na zwykłą materię, ale także na ciemną materię.powiedziała.

Dodała, że ​​obliczenie opóźnienia czasowego umożliwia także inne odkrycia, w tym rozkład gwiazd i innych obiektów w przestrzeni między galaktykami w gromadzie. Ponadto pomoże astronomom obliczyć rozmiar dysku akrecyjnego odległego kwazara.

Niedawno opublikowany artykuł opisuje wykorzystanie przez zespół nowych krzywych jasności dla czterech jasnych obrazów systemu soczewkowania grawitacyjnego SDSS J1004+4112. Obserwacje miały miejsce przez 14,5 roku na 1,2-metrowym teleskopie znajdującym się w Obserwatorium Freda Lawrence’a Whipple’a (FLWO, USA), we współpracy z naukowcami z Ohio State University (USA).