Квазары — самые яркие объекты во Вселенной, источником энергии для которых служит вещество, аккрецирующееся на сверхмассивные чёрные дыры в центрах галактик. Исследования показали, что квазары ранней Вселенной имеют настолько массивные чёрные дыры, что они должны были поглощать газ с очень высокой скоростью, что привело большинство астрономов к мысли, что эти квазары образовались в некоторых из самых плотных сред во Вселенной, где газ был наиболее доступен. Однако наблюдательные измерения, направленные на подтверждение этого вывода, до сих пор давали противоречивые результаты.
Новое исследование, опубликованное в журнале Astronomy & Astrophysics, проливает свет на природу окружения квазаров ранней Вселенной. Команда под руководством Тристана Ламберта, аспиранта Института астрофизических исследований Университета Диего Порталеса в Чили, использовала Dark Energy Camera (DECam) на 4-метровом телескопе Виктора М. Бланко Национального научного фонда США в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо в Чили.
Используя огромное поле зрения DECam, команда провела крупнейшие в истории наблюдения окружения квазаров ранней Вселенной, пытаясь измерить плотность окружения путём подсчёта числа окружающих его галактик-компаньонов. Для исследования команде нужен был квазар с чётко определённым расстоянием. Квазар VIK J2348-3054 имеет известное расстояние, определённое предыдущими наблюдениями с помощью ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Поле зрения DECam размером в три квадратных градуса предоставило обширный взгляд на космические окрестности этого квазара.
DECam также оснащён узкополосным фильтром, идеально подходящим для обнаружения сопутствующих галактик. Специализированный фильтр DECam позволил команде подсчитать количество галактик вокруг квазара, обнаружив очень специфический тип излучения, который они испускают, известный как излучение Лаймана-альфа. Излучение Лаймана-альфа — это специфическая энергетическая сигнатура водорода, которая образуется при его ионизации и последующей рекомбинации в процессе звездообразования.
Излучатели Лаймана-альфа обычно являются более молодыми и небольшими галактиками, и их излучение Лайман-альфа может быть использовано как способ надёжного измерения их расстояний. Измерения расстояний для нескольких таких объектов затем могут быть использованы для построения трёхмерной карты окрестностей квазара.
После систематического картирования области пространства вокруг квазара VIK J2348-3054 Ламберт и его команда обнаружили 38 галактик-компаньонов в более широком окружении вокруг квазара — на расстоянии до 60 миллионов световых лет — что соответствует тому, что ожидается для квазаров, находящихся в плотных регионах. Однако они были удивлены, обнаружив, что в пределах 15 миллионов световых лет от квазара вообще не было никаких галактик.
Это открытие проливает свет на реальность прошлых исследований, направленных на классификацию сред квазаров ранней Вселенной, и предлагает возможное объяснение того, почему они дали противоречивые результаты. Ни одно другое исследование такого рода не использовало такую большую область поиска, как та, что предоставлена DECam, поэтому для поисков в меньших областях среда квазара может показаться обманчиво пустой.
Команда также предлагает объяснение отсутствия сопутствующих галактик в непосредственной близости от квазара. Они постулируют, что интенсивность излучения квазара может быть достаточно большой, чтобы повлиять или потенциально остановить формирование звёзд в этих галактиках, сделав их «невидимыми» для наблюдений.
«Некоторые квазары — не тихие соседи. Звёзды в галактиках формируются из газа, который достаточно холоден, чтобы коллапсировать под действием собственной гравитации. Светящиеся квазары потенциально могут быть настолько яркими, чтобы освещать этот газ в соседних галактиках и нагревать его, предотвращая этот коллапс», — говорит Ламберт.
Команда Ламберта в настоящее время продолжает дополнительные наблюдения, чтобы получить спектры и подтвердить подавление звездообразования. Они также планируют наблюдать другие квазары, чтобы построить более надёжный размер выборки.
«Мы ожидаем, что производительность значительно возрастёт с предстоящим запуском обсерватории имени Веры Рубин совместно с NSF и DOE — объекта следующего поколения, который расскажет ещё больше о ранней Вселенной и этих интересных объектах», — говорит Крис Дэвис, руководитель программы NSF NOIRLab.