Euclid odkrywa najdalsze znane kwazary we Wszechświecie

Kwazary z dzieciństwa Kosmosu

Europejski teleskop kosmiczny Euclid, zaprojektowany głównie do badania ciemnej energii, okazał się znakomitym łowcą ekstremalnie odległych kwazarów – jąder galaktyk napędzanych przez supermasywne czarne dziury.
W pierwszych 18 miesiącach działania Euclid znalazł 31 kwazarów z bardzo wczesnego Wszechświata, więcej niż podwajając liczbę znanych dotąd obiektów w tak odległej epoce.

15 z 31 nowo odkrytych kwazarów, z dwoma nowymi rekordzistami odległości w lewym górnym rogu, każdy wyśrodkowany na kwazarze. Wyglądające jak mała kropka ilustruje, dlaczego tak trudno je zidentyfikować: tylko kilka z prawie miliarda obiektów zobrazowanych dotychczas przez Euclid to takie kwazary. Identyfikacja to skomplikowana sytuacja szukania igły w stogu siana, którą naukowcy z Euclid z powodzeniem opanowali. Źródło: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, przetwarzanie obrazu: Euclid Science Ground Segment i Antoine Basset (CNES)

Dwanaście z tych kwazarów pochodzi z okresu pierwszych 770 milionów lat kosmosu, a dwóch rekordzistów – oznaczonych jako EUCL J1729+6410 i EUCL J1253+7054 – widzimy, gdy Wszechświat miał około 670 milionów lat.
Ich światło wędrowało do nas ponad 13 miliardów lat, a same obiekty świeciły jasno jak bilion Słońc, choć wokół nich dopiero rodziły się pierwsze dojrzałe galaktyki.

Czym właściwie jest kwazar?

Kwazar to krótki, burzliwy epizod w życiu galaktyki, kiedy ogromne ilości gazu i pyłu wpadają na centralną supermasywną czarną dziurę.
Materiał ten tworzy gorący dysk akrecyjny, w którym tarcie, pola magnetyczne i ekstremalna grawitacja rozgrzewają gaz do milionów stopni, czyniąc jądro galaktyki jaśniejszym niż wszystkie jej gwiazdy razem wzięte.

Takie obiekty są kluczowe, bo pokazują, jak szybko rosły pierwsze czarne dziury – do mas rzędu miliardów mas Słońca – oraz jak ich energia wpływała na otaczającą galaktykę i formowanie gwiazd.
Im dalej w czasie się cofamy, tym trudniej takie kwazary znaleźć: są rzadkie, a ich światło słabnie i czerwienieje wskutek rozszerzania się Wszechświata.

31 starożytnych latarni z Euclida

Nowy wynik Euclida to systematyczny spis kwazarów w epoce rejonizacji – przejścia kosmosu z ciemnych czasów mroku do jasnego, zjonizowanego stanu.
Z danych szerokiego przeglądu Euclid Wide Survey wybrano kandydatów, a następnie potwierdzono ich naturę za pomocą dużych teleskopów naziemnych i pomiarów widma.

Najbardziej odległe dwa kwazary mają przesunięcia ku czerwieni z≈7,77 i z≈7,69, co odpowiada światłu wysłanemu z pierwszych 670 milionów lat po Wielkim Wybuchu.
Samo odkrycie 31 obiektów w zakresie 6,6 < z < 7,8 z marszu więcej niż podwaja dotychczas znaną populację tak wczesnych kwazarów, na którą astronomowie pracowali ponad dekadę.

Pierwszy wgląd w typowe młode galaktyki

Dotychczasowe rekordowo odległe kwazary były zwykle ekstremalnie jasnymi egzotycznymi obiektami, trudno więc było wnioskować, jak wygląda przeciętna galaktyka z tamtej epoki.
Euclid po raz pierwszy dostarcza także słabszych, bardziej typowych kwazarów, które mogą być lepszymi reprezentantami większości młodych galaktyk z aktywnymi jądrami.

Jeden z takich obiektów – kwazar EUCL J1253+7054 – zespół Silvii Belladitty zbadał dokładnie za pomocą interferometru NOEMA, analizując gaz i pył w galaktyce macierzystej.
Okazało się, że to masywna, ale wciąż rosnąca galaktyka, w której gwiazdy powstają ponad 250 razy szybciej niż w Drodze Mlecznej, a masa gwiazd wynosi około jednej dziesiątej masy naszej Galaktyki – typowy obraz dynamicznego, wciąż budującego się układu.

Co dalej: Euclid, ciemna energia i początki struktur

Choć Euclid powstał głównie do mapowania miliardów galaktyk w celu zbadania ciemnej energii i ewolucji dużej skali struktur, nowe odkrycie pokazuje, jak wielowymiarową naukę można z tych danych wydobyć.
Kwazary z wczesnego kosmosu stają się dodatkowymi latarniami, które pozwolą badać rozkład gazu międzygalaktycznego, tempo wzrostu pierwszych czarnych dziur oraz rolę aktywnych jąder w kształtowaniu młodych galaktyk.

Co ważne, obecne wyniki opierają się na mniej więcej jednej trzeciej planowanych danych Euclida i na najpewniejszych kandydatach – astronomowie spodziewają się kolejnych, jeszcze bardziej odległych kwazarów, być może nawet przy z>8–9.
Razem z przyszłymi obserwacjami teleskopów takich jak James Webb czy Nancy Grace Roman, Euclid pomoże złożyć spójny obraz tego, jak z pierwszych gwiazd, galaktyk i czarnych dziur wyrósł dzisiejszy złożony Wszechświat.

Źródła

Opracowanie: Agnieszka Nowak

Postaw mi kawę ☕