№ 3

Сентябрь/2022

Russian Traveler 03/2022

Темная материя и стая галактик: новые находки «Уэбба» в ранней Вселенной

Фото: NASA, ESA, CSA, STScI, D. Wylezalek

На изображении слева, сделанном «Хабблом», выделен квазар SDSS J165202.64+172852.3. На изображениях справа и внизу представлены новые наблюдения «Уэбба» на разных длинах волн

Плотный космический узел из скопления галактик, попавший в объектив космического телескопа, находится в 11,5 миллиардов лет от нас.

Астрономы, изучающие раннюю Вселенную, сделали удивительное открытие, используя космический телескоп Джеймса Уэбба: скопление массивных галактик в процессе формирования вокруг чрезвычайно красного квазара. По их словам, этот результат расширит наше понимание того, как скопления галактик в ранней Вселенной объединились и сформировали космическую паутину, которую мы видим сегодня.

Квазары – это особые типы галактических ядер, представляющие собой компактную область со сверхмассивной черной дырой в центре галактики. Газ, попадающий в сверхмассивную черную дыру, делает квазар достаточно ярким, чтобы затмить все звезды галактики.

Исследованный «Уэббом» квазар, получивший обозначение SDSS J165202.64+172852.3, существовал 11,5 миллиардов лет назад. Он светится красным не только благодаря своему собственному цвету, но и потому, что свет галактики смещен в красную сторону из-за огромного расстояния до нее. Это сделало «Уэбба», обладающего беспрецедентной чувствительностью в инфракрасном диапазоне, идеально подходящим для детального изучения галактики.

Квазар является одним из самых мощных известных галактических ядер, которые были замечены на таком экстремальном расстоянии. Астрономы предположили, что экстремальное излучение квазара может вызвать «галактический ветер», выталкивающий свободный газ из галактики-хозяина и, возможно, сильно влияющий на будущее звездообразование там.

Чтобы исследовать движение газа, пыли и звездного вещества в галактике, команда использовала спектрограф ближнего инфракрасного диапазона телескопа (NIRSpec). Этот мощный инструмент наблюдает за движением различных потоков и ветров, окружающих квазар. NIRSpec может одновременно собирать спектры во всем поле зрения телескопа, а не только в одной точке за раз, что позволяет «Уэббу» одновременно исследовать квазар, его галактику и более широкие окрестности.

Предыдущие исследования космического телескопа «Хаббл» и других обсерваторий привлекли внимание к мощным выбросам квазара, и астрономы предположили, что его родительская галактика может сливаться с каким-то невидимым партнером. Но команда не ожидала, что данные NIRSpec ясно укажут, что это не одна галактика, а как минимум еще три, вращающиеся вокруг нее. Благодаря спектрам на обширной территории можно было нанести на карту движение всего этого окружающего материала, что привело к выводу, что красный квазар на самом деле был частью плотного узла галактик.

«В это раннее время известно несколько протоскоплений галактик. Их трудно найти, и очень немногие из них успели сформироваться после Большого взрыва. В конечном итоге это может помочь нам понять, как эволюционируют галактики в плотной среде. Это захватывающий результат», – Доминика Вилезалек, астроном и ведущий автор исследования из Гейдельбергского университета в Германии.

Используя наблюдения NIRSpec, исследователи подтвердили существование трех галактических компаньонов этого квазара и показали, как они связаны. Архивные данные «Хаббла» намекали, что их может быть даже больше. Теперь команда подозревает, что они могут наблюдать за ядром целого скопления галактик, которое только сейчас было обнаружено благодаря четким изображениям «Уэбба».

Три подтвержденные галактики вращаются друг вокруг друга на невероятно высоких скоростях, что свидетельствует о наличии большой массы. В сочетании с тем, насколько плотно они упакованы в область вокруг этого квазара, команда считает, что это одна из самых плотных известных областей формирования галактик в ранней Вселенной.

«Даже плотного узла темной материи недостаточно, чтобы объяснить это. Мы думаем, что можем видеть область, где сливаются два массивных ореола темной материи», – Доминика Вилезалек.

Темная материя – это невидимый компонент Вселенной, который удерживает галактики и скопления галактик вместе, и ученые полагают, что он образует «ореол», который выходит за пределы звезд в этих структурах.

Исследование, проведенное командой Вилезалек, является частью исследований «Уэбба» в ранней Вселенной. Благодаря своей уникальной способности заглядывать в прошлое, телескоп уже используется для изучения того, как формировались и развивались первые галактики, а также как формировались черные дыры и как они влияли на структуру Вселенной.