Космічний телескоп Euclid виявив 31 новий давній квазар, включаючи найдавніший з відомих

Космічний телескоп Euclid, розроблений Європейським космічним агентством (ESA), має на меті дослідження "темного Всесвіту", що включає в себе темну матерію та темну енергію, які є основними компонентами Всесвіту. Одним із завдань телескопа є виявлення квазарів у високозсувному Всесвіті, що є важливим для вивчення структури темної матерії в ранньому Всесвіті.

Квазари — це надзвичайно яскраві активні галактичні ядра, які живляться надмасивними чорними дірами. Оскільки галактики, що формують ці квазари, виникають у гало темної матерії, їх вивчення може дати важливу інформацію про еволюцію галактик та їх чорних дір. Нещодавні відкриття свідчать про те, що маси галактик і їх чорних дір у ранньому Всесвіті були більшими, ніж вважалося раніше, що вимагає перегляду теоретичних моделей.

За 1,5 роки роботи в рамках Euclid Wide Survey телескоп виявив 31 новий квазар у діапазоні червоного зсуву від 6.6 до 7.8. Найвищий червоний зсув серед них становить 7.7, а другий — 7.69, що перевищує попередній рекорд у 7.64. Ці квазари випромінювали світло, еквівалентне трильйонам сонць, всього через 670 мільйонів років після Великого вибуху, коли Всесвіт становив лише близько 5% від свого сучасного віку.

Дослідження, що містить ці результати, опубліковане в журналі Astronomy and Astrophysics, під назвою "Euclid: Discovery of 31 new quasars at 6.6 < z < 7.8". Провідним автором є Дамінг Ян, кандидат наук з астрономії в Університеті Лейдена в Нідерландах. Дослідники зазначають: "Ми повідомляємо про відкриття 31 нового високозсувного квазара в діапазоні червоного зсуву 6.6 < z < 7.8, які були обрані з приблизно 3000 квадратних градусів неба, охоплених під час перших 1.5 років роботи Euclid Wide Survey."

Виявлення цих квазарів вимагало використання різних методів машинного навчання та ймовірнісних технік. Дослідники також скористалися телескопами Кек, Магеллан і Великим бінокулярним телескопом для проведення подальшої спектроскопії. З 31 нового квазара 12 мають червоний зсув z ≥ 7, що більше ніж подвоює кількість відомих квазарів у цьому діапазоні, що відповідає першим 770 мільйонам років існування Всесвіту.

"Ці ранні квазари походять з дитинства Всесвіту," — зазначив Ян у прес-релізі. "Вивчаючи їх, ми можемо краще зрозуміти, як ці величезні системи формувалися і швидко зростали — одна з найбільших загадок астрофізики."

Виявлення високозсувних квазарів є складним завданням, оскільки лише наймасивніші галактики можуть їх містити. Їхнє тьмяне світло може також нагадувати світло інших об'єктів, таких як зірки на передньому плані в Чумацькому Шляху.

Раніше астрономи знаходили лише найяскравіші квазари, але вони не представляли собою репрезентативну вибірку. З новими 31 високозсувними квазарами вчені отримали більше даних для аналізу.

"Euclid є справжнім переворотом у цій галузі," — додав Ян. "Раніше ми могли знайти лише кілька найяскравіших давніх квазарів, але тепер Euclid дозволяє нам більш ефективно досліджувати великі площі неба, щоб вловити набагато тьмяніше світло. Це унікальний інструмент для полювання на квазари."

З більшим обсягом даних про квазари дослідники можуть досліджувати зв'язок між давніми галактиками, надмасивними чорними дірами та темною матерією. Щоб така яскрава квазара могла з'явитися всього через 670 мільйонів років після Великого вибуху, необхідно було, щоб до того часу сформувалося величезне гало темної матерії. Більша вибірка квазарів дозволяє вченим більш детально перевіряти модель Лямбда-CDM, а також допомагає картографувати велику структуру Всесвіту.

"Це відкриття більш ніж подвоює кількість відомих нам настільки давніх квазарів," — зазначив Антоніо Ла Марка, науковий співробітник ESA в команді Euclid. "Команда Euclid вперше провела справжній 'перепис' квазарів на зорі Всесвіту. Це великий крок до розуміння цих захоплюючих об'єктів на більш фундаментальному рівні."

Оскільки ці квазари були спостережені під час епохи рекомбінації, коли Всесвіт "перемкнувся" з темряви на світло, вони також важливі для вивчення цього етапу. Під час епохи рекомбінації перші зірки та галактики почали освітлювати космос ультрафіолетовим світлом і іонізуючи водень, що дозволило фотонам вільно подорожувати.

"Давні квазари — це рідкісні відкриття. Вони цікаві самі по собі, але також є своєрідними часовими машинами, які дозволяють нам досліджувати ранній Всесвіт і зрозуміти, як виникла перша генерація галактик," — зазначила вчений проекту Euclid та співавтор дослідження Валерія Петтеріно.

Від самого початку проекту Euclid вчені з нетерпінням чекали на ці відкриття, хоча телескоп не був спеціально спроектований для їх пошуку. "Euclid давно передбачався як революційний інструмент для пошуку високозсувних квазарів," — зазначають автори, підкреслюючи, що за 1.5 роки було виявлено 31 квазар. Безсумнівно, Euclid знайде ще багато.

"Ці відкриття демонструють трансформаційну роль Euclid у відкритті високозсувних квазарів і закладають основу для подальших досліджень ранніх галактик, що містять квазари, зростання надмасивних чорних дір та вивчення міжгалактичного середовища в епоху рекомбінації," — пишуть дослідники.