Открытие 31 крайне удаленного квазара с помощью телескопа Euclid

Недавно космический телескоп Euclid сделал значительное открытие, обнаружив 31 квазар, среди которых два являются самыми удаленными из когда-либо наблюдаемых. Эти квазары светили, когда Вселенной было всего 670 миллионов лет, что составляет лишь 5% от ее текущего возраста. Результаты исследования опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.

Квазары представляют собой краткий этап в жизни галактики, когда массивные черные дыры в их центрах поглощают значительные объемы материи, высвобождая при этом колоссальные количества энергии. В этот период ядро галактики светит ярче, чем любые другие объекты во Вселенной, зачастую превосходя по яркости всю свою галактику в сотни и даже тысячи раз.

Телескоп Euclid был запущен в июле 2023 года и находится на орбите в точке Лагранжа L2, где он исследует состав, историю и эволюцию Вселенной, картографируя ее крупномасштабную структуру. Его цель — раскрыть тайны темной материи и темной энергии, наблюдая миллиарды галактик и выявляя множество квазаров.

Группа ученых под руководством Да-Минга Яна из Лейденского университета с помощью телескопа Euclid обнаружила беспрецедентное количество новых квазаров в первичной Вселенной. Это открытие не только выявляет редкие яркие квазары, но и дает представление о значительной части древней популяции квазаров. В исследовании добавлены 12 новых квазаров с красным смещением выше 7, что соответствует первым 770 миллионам лет существования Вселенной.

Два самых старых квазара из данного набора, EUCL J1729+6410 и EUCL J1253+7054, имеют красные смещения 7,77 и 7,69 соответственно, устанавливая новый рекорд для самых древних когда-либо обнаруженных квазаров. Эти объекты находятся на расстоянии чуть более 13 миллиардов световых лет и появились в течение первых 670 миллионов лет существования Вселенной. Они были выбраны из около 3000 квадратных градусов неба, охваченных за первые 1,5 года обзора Euclid Wide Survey, что представляет собой первые результаты поиска квазаров с высоким красным смещением, проведенного телескопом Euclid. Выбор кандидатов осуществлялся с использованием различных методов машинного обучения и вероятностных методов, основанных на изображениях, полученных телескопом, а также дополнительных данных, когда это было возможно. Спектроскопические наблюдения проводились с использованием телескопов Keck, Magellan и Large Binocular Telescope (LBT).

Среди новых открытий 12 квазаров с красным смещением z ≥ 7, что более чем вдвое превышает количество ранее известных квазаров с такими красными смещениями. Квазар с самым высоким красным смещением, EUCL J1729+6410, с z ≈ 7,77, устанавливает новый рекорд. Для сравнения, открытие первых десяти квазаров с красным смещением около 7 заняло у астрономов более десяти лет, тогда как благодаря Euclid было открыто больше новых квазаров всего за один год.

Многие из вновь открытых квазаров находятся в нижней части распределения яркости квазаров. Кроме того, два из них имеют значимые радиосопровождения (> 5 σ) в каталоге LoTSS, что подчеркивает многообещающую синергию между Euclid и сетью LOFAR для идентификации и характеристики популяции квазаров с высоким красным смещением (z ∼ 7 и выше). Эти находки представляют собой значительный шаг вперед в изучении эпохи рекомбинации, демонстрируя беспрецедентные возможности телескопа Euclid в исследовании квазаров с высоким красным смещением. Дополнительные наблюдения уже проводятся, хотя многие из этих источников являются слабыми и сложными для спектроскопической характеристики. Инструменты, такие как JWST, NOEMA и ALMA, будут иметь ключевое значение для их дальнейшей характеристики.

Второй самый древний квазар, обнаруженный Яном и его коллегами (EUCL J1253+7054), уже стал объектом более глубокого исследования под руководством Сильвии Белладитты и ее команды. Эти наблюдения показали, что квазар окружен пыльной и газовой галактикой, где активно формируются новые звезды, что дает представление о том, как может выглядеть галактика-хозяин примитивной черной дыры.

Эти открытия подчеркивают преобразующую роль телескопа Euclid в открытии квазаров с высоким красным смещением. Они закладывают основу для будущих исследований галактик, содержащих квазары, роста массивных черных дыр и межгалактической среды в эпоху рекомбинации.

Следует отметить, что представленные результаты в целом согласуются с прогнозами, сделанными командой Euclid в 2019 году. Астрономы тогда оценили, что в области 3000 квадратных градусов должно существовать около 20 квазаров с z ≥ 7, и Ян и его коллеги идентифицировали 14 таких объектов среди своих 31 новой находки. Хотя исследование и спектроскопическое наблюдение еще не завершены (особенно в южном полушарии), это сравнение является предварительным; однако оно может указывать на то, что некоторые функции яркости квазаров могут недооценивать численность квазаров с низкой яркостью при красном смещении z ≥ 7.

В заключение, исследователи предполагают, что по мере расширения области наблюдения телескопа Euclid и подтверждения находок, первые квазары с z > 8 могут быть идентифицированы в ближайшее время…