Космический телескоп Euclid обнаружил 31 новый древний квазар, включая самый древний из когда-либо найденных

Космический телескоп Euclid, созданный Европейским космическим агентством (ESA), предназначен для изучения "темной Вселенной", что включает в себя темную материю и темную энергию, которые составляют большую часть материи во Вселенной. Одной из задач телескопа является поиск квазаров в высокозаданных диапазонах красного смещения.

Квазары представляют собой чрезвычайно яркие активные ядра галактик (AGN), которые питаются сверхмассивными черными дырами (SMBH). Поскольку галактики, формирующие квазары, образуются в гало темной материи, они могут служить полезным инструментом для изучения структуры темной материи в ранней Вселенной. Астрономы обнаружили, что галактики и их SMBH были более массивными в ранней Вселенной, чем считалось ранее, что требует пересмотра теоретических моделей.

Хотя находка одного квазара с высоким красным смещением полезна, гораздо более значимой является возможность обнаружения множества таких объектов. Астрономы долгое время сталкивались с трудностями в их поиске, и на это потребовалось более десяти лет, чтобы найти первые десять квазаров с z≥7. Однако Euclid меняет эту ситуацию.

Телескоп Euclid оснащен широкоугольной камерой на 600 мегапикселей. В течение своей шестилетней миссии он будет исследовать обширные участки неба. Кроме того, он наблюдает более 200,000 высокозаданных галактик с помощью близкоинфракционной фотометрии и спектроскопии. Это идеальная настройка для поиска ярких квазаров в эпоху рекомбинации (EOR), которая охватывает диапазон от z=6 до z=9.

В результате Euclid обнаружил 31 новый квазар с красным смещением в диапазоне 6.6 < z < 7.8. Самый высокий красный сдвиг в выборке составляет z=7.7, а второй — z=7.69, оба из которых превосходят предыдущий рекорд в z=7.64. Эти два квазара светили светом триллионов солнц всего через 670 миллионов лет после Большого взрыва, когда возраст Вселенной составлял лишь около 5% от современного.

Результаты исследования опубликованы в журнале Astronomy and Astrophysics под названием "Euclid: Открытие 31 нового квазара в диапазоне 6.6 < z < 7.8". Ведущий автор — Даминг Ян, кандидат наук по астрономии в Лейденском университете в Нидерландах.

"Мы сообщаем о находке 31 нового квазара с высоким z в диапазоне 6.6 < z < 7.8," — пишут исследователи. "Эти квазары были выбраны из примерно 3000 квадратных градусов неба, охваченных в первые 1.5 года широкого обзора Euclid, представляя собой начальные результаты поиска квазаров с высоким z."

Для их нахождения авторы использовали множество методов машинного обучения и вероятностных техник. Они также применили телескопы Keck, Magellan и Большой Бинокулярный Телескоп (LBT) для последующей спектроскопии. Поскольку 12 из новых квазаров имеют z ≥ 7, это более чем удваивает количество известных квазаров в этом диапазоне, что соответствует первым 770 миллионам лет Вселенной.

"Эти ранние квазары относятся к детству Вселенной," — отметил ведущий автор Ян в пресс-релизе. "Изучая их, мы можем лучше понять, как эти огромные системы сформировались и быстро развивались — одна из величайших тайн астрофизики."

Нахождение таких квазаров с высоким красным смещением представляет собой сложную задачу. Поскольку только самые массивные галактики могут их содержать, они не так распространены. Их тусклый свет может также имитировать свет от других источников, таких как звезды переднего плана в Млечном Пути.

Ранее астрономы находили только самые яркие квазары, но они были исключениями, и такие исключения не создают надежную выборку. Однако с новыми 31 квазаром с высоким красным смещением у ученых теперь есть более репрезентативная выборка для анализа.

"Euclid — это настоящая революция," — добавил Ян. "Ранее мы могли находить лишь несколько самых ярких древних квазаров, но Euclid позволяет нам более эффективно исследовать обширные участки неба, чтобы захватывать гораздо более тусклый свет. Это уникальный инструмент для охоты на квазары."

С более крупной выборкой квазаров исследователи могут изучить связь между древними галактиками, SMBH и темной материей. Чтобы такая яркая квазара могла существовать всего через 670 миллионов лет после Большого взрыва, к тому времени должно было сложиться огромное гало темной материи. Большое количество квазаров позволяет более тщательно проверить модель Лямбда-CDM, а также помогает картировать крупномасштабную структуру Вселенной.

"Эта находка более чем удваивает количество известных нам таких древних квазаров," — говорит Антонио Ла Марка, исследователь ESA в команде Euclid. "Команда Euclid впервые провела настоящий 'перепись' квазаров на заре Вселенной. Это большой шаг к более глубокому пониманию этих увлекательных объектов."

Поскольку эти квазары были наблюдаемы в эпоху рекомбинации (EOR), когда Вселенная "переключилась" с темного на светлый режим, они также являются важными индикаторами этого важного этапа. В эпоху EOR первые звезды и галактики начали освещать космос ультрафиолетовым светом и ионизировать водород, что позволило фотонам свободно перемещаться.

"Древние квазары — это редкие находки. Они интересны сами по себе, но также служат временными машинами, которые позволяют нам исследовать раннюю Вселенную и понять, как появилась первая генерация галактик," — говорит научный сотрудник проекта ESA Euclid и соавтор исследования Валерия Петторино.

С момента проектирования и планирования Euclid ученые с нетерпением ждали этих открытий квазаров, хотя телескоп не был специально создан для их поиска.

"Euclid давно ожидался как революционный инструмент для поиска квазаров с высоким z," — отмечают авторы, упоминая, что за всего 1.5 года работы он обнаружил 31 квазар. Без сомнения, Euclid найдет еще много других.

"Эти открытия демонстрируют трансформирующую роль Euclid в открытии квазаров с высоким z и закладывают основу для будущих исследований ранних галактик, роста сверхмассивных черных дыр и межгалактической среды в эпоху рекомбинации," — пишут исследователи.