В недавно проведённом исследовании международная группа астрономов, в которую входят 34 научно-исследовательских института и университета по всему миру, возглавляемая Итальянским национальным институтом астрофизики (INAF), использовала возможности космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), чтобы получить беспрецедентные сведения о динамическом взаимодействии между квазаром и двумя массивными галактиками-спутниками в ранней Вселенной.

Используя спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) JWST, исследователи наблюдали квазар в системе PJ308-21, когда Вселенной было менее миллиарда лет. Полученные данные раскрыли детали, предоставляющие бесценные сведения о росте галактик в юной Вселенной.

«Эти наблюдения стали одними из первых, проведённых с помощью NIRSpec, и они обеспечили исключительное качество данных», — сказал Роберто Декарли, главный автор исследования и научный сотрудник INAF.

Исследование показало, что родительская галактика квазара демонстрирует высокую металличность (обилие элементов тяжелее водорода и гелия), а одна из галактик-спутников — низкую металличность с фотоионизацией, вызванной звездообразованием.

«Мы обнаружили, что как чёрная дыра в центре квазара, так и окружающие галактики находятся в бурном росте. Богатая галактическая среда способствует этому быстрому росту», — добавил Декарли.

Источник: DALL-E

Учёные также смогли определить массу сверхмассивной чёрной дыры в центре системы: около 2 миллиардов солнечных масс. Этот вывод подкрепляется тем фактом, что и квазар, и близлежащие галактики находятся в состоянии эволюции, увеличивая массу и обогащаясь металлами.

Во второй части исследования международная группа астрономов использовала возможности JWST для изучения межзвёздной среды в системе PJ308-21 и двух близлежащих галактиках-спутников. Это первое исследование, в котором NIRSpec используется для наблюдения оптического диапазона галактик в ранней Вселенной.

Исследователи использовали пространственно-протяжённые излучения различных элементов для исследований, включая источник и жёсткость фотоионизирующего поля, металличность, затенение пылью, плотность и температуру электронов, а также скорость звездообразования.

«Благодаря NIRSpec мы впервые можем изучать в системе PJ308-21 оптический диапазон, богатый ценными диагностическими данными о свойствах газа», — сказала Федерика Лойаконо, астрофизик и постдок INAF.

Карта линейного излучения водорода (красным и синим) и кислорода (зеленым) в системе PJ308-21, показанная после маскировки света от центрального квазара («QSO»). Различные цвета родительской галактики квазара и сопутствующих галактик на этой карте раскрывают физические свойства газа внутри них.
Источник: Decarli / INAF / A&A 2024

Учёные обнаружили, что родительская галактика квазара демонстрирует высокую металличность, в то время как одна из галактик-спутников имеет низкую металличность. Они также обнаружили незначительное излучение звёздного света, связанное с сопутствующими источниками.

«Эти результаты предоставляют нам бесценную информацию о химической эволюции галактик в ранней Вселенной. Они также подчёркивают мощь JWST и его способность раскрывать тайны космоса, которые ранее были недоступны. Обработка и калибровка этих данных, некоторые из которых были впервые собраны NIRSpec в режиме интегральной полевой спектроскопии, стали стратегическим преимуществом итальянского астрофизического сообщества», — сказал Лойаконо.

Работа была сложной, но в конечном итоге успешной. «Благодаря чувствительности JWST в ближнем и среднем инфракрасном диапазонах стало возможным изучать спектр квазара и сопутствующих галактик с беспрецедентной точностью. Результаты этого исследования подтверждают воздействие JWST на астрофизические исследования. Мы с нетерпением ждем будущих наблюдений, которые ещё больше углубят наши знания о формировании и эволюции галактик», — заключил Декарли.