Аппарат "Джеймс Уэбб" наблюдал квазар в ранней Вселенной

С помощью аппарата Джеймс Уэбб команда исследователей изучила квазар в ранней Вселенной, наблюдая его мощные релятивистские струи и открывая невиданные ранее детали.

Джеймс Уэбб обнаружил квазар возрастом 11,5 миллиардов лет и получил название SDSS J165202.64+172852.3. Квазары - это объекты, характеризующиеся очень энергичными струями, вызванными падением горячего газа и материи в черную дыру, и встречаются в так называемых активных галактических ядрах (AGN). Это галактики, в центре которых находится сверхмассивная черная дыра, которая, поглощая окружающий ее материал, вызывает джеты.

Квазар, о котором идет речь, необычайно красный не только из-за своего собственного цвета, но и потому, что свет от галактики был "сдвинут в красную сторону" из-за ее огромного расстояния. Это происходит из-за космологического явления, называемого красным смещением, при котором небесные тела, находящиеся дальше от нас, кажутся более красными, чем они есть на самом деле. Поскольку JWST обладает беспрецедентной чувствительностью в инфракрасном диапазоне длин волн, он идеально подходит для детального изучения этой галактики.

Инструменты, использованные для наблюдения за квазаром

Для изучения движения газа, пыли и звездного материала в галактике команда использовала спектрометр ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec). Этот прибор использует спектроскопию для наблюдения за движением различных потоков и ветров, окружающих квазар. NIRSpec может одновременно собирать спектры по всему полю зрения телескопа, а не только из одной точки, что позволит Уэббу одновременно исследовать квазар, его галактику и окрестности. Используя наблюдения NIRSpec, команда смогла подтвердить три галактических компаньона этого квазара и показать, как они связаны между собой.

"Наш первый взгляд на данные быстро выявил явные признаки важных взаимодействий между соседними галактиками", — пояснил Андрей Вайнер из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе. "Чувствительность прибора NIRSpec сразу же стала очевидной: мы вступили в новую эру инфракрасной спектроскопии".

Предыдущие исследования "Хаббла" и других обсерваторий уже наблюдали мощные потоки, исходящие от квазара. Поэтому ученые предположили, что галактика-хозяин столкнулась с другой галактикой. Однако последняя была невидима для "глаз" Хаббла и других телескопов, созданных для видимых наблюдений. Поэтому ученые не могли ожидать, что столкновение происходило не с одной, а как минимум с тремя галактиками, кружащимися в космическом танце вокруг первой. Архивные данные Хаббла позволяют предположить, что их может быть еще больше.

Изображения, полученные с помощью широкоугольной камеры №3 телескопа "Хаббл", показали обширный материал, окружающий квазар и его галактику, что позволило выбрать его для данного исследования его оттока и влияния на галактику-хозяина. Теперь команда подозревает, что они могли наблюдать ядро целого скопления галактик, которое только сейчас стало известно благодаря четким изображениям "Уэбба".

Благодаря спектрам, собранным на большой площади, удалось составить карту движения материала вокруг квазара, что привело к выводу, что красный квазар на самом деле был частью плотного галактикообразующего узла в ранней Вселенной. Астроном Доминика Вылезалек из Гейдельбергского университета в Германии, возглавлявшая исследование вместе с Уэббом, объяснила:

Существует очень мало скоплений галактик, известных с такого раннего момента в истории Вселенной. Их трудно найти, и очень немногие успели сформироваться после Большого взрыва. Это может помочь нам понять, как галактики развиваются в плотных средах.

Команда планирует последующие наблюдения в этом неожиданном прото-кластере галактик и надеется использовать его для понимания того, как формируются плотные, хаотичные скопления галактик, подобные этому. И как на него влияет активная сверхмассивная черная дыра в его сердце.

Три подтвержденные галактики вращаются друг вокруг друга на невероятно высоких скоростях. Этот танец указывает на наличие большого количества массы. Если мы добавим эту динамическую информацию к форме этого скопления, то окажется, что этот регион является одним из самых плотных в ранней Вселенной. "Даже плотного узла темной материи недостаточно, чтобы объяснить это", — говорит Вылезалек. "Мы думаем, что можем увидеть область, где два массивных ореола темной материи сливаются вместе".

Темная материя - это невидимый компонент Вселенной, который гравитационно взаимодействует только с обычной материей, из которой состоят известные нам небесные объекты. Она создает космическую паутину, в которую затягивается обычная материя, образуя туманности, звезды, галактики и скопления галактик. Но она выходит далеко за пределы этих структур и образует гало, окружающее галактики и скопления далеко за пределами их видимого радиуса.

Однако темная материя распределена во Вселенной неравномерно: есть места, где ее плотность больше, чем в других. Подобные исследования могут помочь нам пролить свет на его масштабы и распространение во Вселенной.