Međunarodna istraživačka grupa koju predvodi Italijanski nacionalni institut za astrofiziku (INAF) i koja se sastoji od 34 istraživačka instituta i univerziteta širom sveta koristila je bliski infracrveni spektrograf (NIRSpec) na svemirskom teleskopu Džejms Veb (JVST) da bi svedočila dramatičnoj interakciji između kvazara unutar sistema PJ308–21 i dve masivne satelitske galaksije u dalekom univerzumu.
Zapažanja, napravljena u septembru 2022. godine, otkrila su neviđene detalje koji izazivaju strahopoštovanje, pružajući nove uvide u rast galaksija u ranom univerzumu. Rezultati, predstavljeni 5. jula tokom sastanka Evropskog astronomskog društva (EAS 2024) u Padovi (Italija), biće uskoro objavljeni u časopisu Astronomija i astrofizika.
Posmatranja ovog kvazara (koji su isti autori već opisali u drugoj studiji objavljenoj prošlog maja), jednom od prvih proučavanih sa NIRSpec-om kada je univerzum bio star manje od milijardu godina (crveni pomak z = 6,2342), otkrila su podatke senzacionalnog kvaliteta: instrument je „uhvatio“ spektar kvazara sa nesigurnošću manjom od 1% po pikselu.
Galaksija domaćin PJ308–21 pokazuje visoku metalnost i uslove fotojonizacije tipične za aktivno galaktičko jezgro (AGN), dok jedna od satelitskih galaksija pokazuje nisku metalnost (što se odnosi na obilje hemijskih elemenata težih od vodonika i helijuma) i indukovanu fotojonizaciju formiranjem zvezda; veća metalnost karakteriše drugu satelitsku galaksiju, koja je delimično fotojonizovana kvazarom.
Otkriće je omogućilo astronomima da odrede masu supermasivne crne rupe u centru sistema (oko 2 milijarde solarnih masa). Takođe je potvrđeno da su i kvazar i okolne galaksije visoko evoluirane u obogaćivanju mase i metala, i u stalnom rastu.
Ovo ima duboke implikacije za naše razumevanje kosmičke istorije i hemijske evolucije galaksija, naglašavajući transformativni uticaj ovog istraživanja.
Roberto Dekarli, istraživač u INAF-u u Bolonji i prvi autor članka, objašnjava: „Naša studija otkriva da i crne rupe u centru kvazara visokog crvenog pomaka i galaksije koje ih ugošćuju prolaze kroz izuzetno efikasan i buran rast već u prva milijarda godina kosmičke istorije, potpomognuta bogatim galaktičkim okruženjem u kome se ovi izvori formiraju.“
Podaci su dobijeni u septembru 2022. u okviru Programa 1554, jednog od devet projekata prvog ciklusa posmatranja JVST-a pod vodstvom Italije. Dekarli vodi ovaj program da posmatra spajanje galaksije u kojoj se nalazi kvazar (PJ308-21) i dve njene satelitske galaksije.
Posmatranja su obavljena u režimu spektroskopije integralnog polja: za svaki piksel slike, može se posmatrati spektar čitavog optičkog opsega (u okviru izvornog mirovanja), pomeren ka infracrvenom zbog širenja univerzuma. Ovo omogućava proučavanje različitih tragova gasa (emisionih linija) korišćenjem 3D pristupa.
Zahvaljujući ovoj tehnici, tim predvođen INAF-om otkrio je prostorno proširene emisije iz različitih elemenata, koji su korišćeni za proučavanje osobina jonizovanog međuzvezdanog medija, uključujući izvor i tvrdoću polja fotojonizujućeg zračenja, metalnost, zatamnjenost prašine, gustinu elektrona i temperatura i brzina formiranja zvezda.
Štaviše, istraživači su marginalno otkrili emisiju zvezdane svetlosti koja je povezana sa pratećim izvorima.
Federika Lojakono, astrofizičarka, istraživačica i postdoktorica koja radi u INAF-u, kaže: „Zahvaljujući NIRSpecu, po prvi put možemo da proučavamo u sistemu PJ308-21 optičku traku, bogatu dragocenim dijagnostičkim podacima o svojstvima gasa u blizini crnog rupa u galaksiji u kojoj se nalazi kvazar i u okolnim galaksijama.
„Možemo da vidimo, na primer, emisiju atoma vodonika i uporedimo je sa hemijskim elementima koje proizvode zvezde da bismo utvrdili koliko je gas u galaksijama bogat metalima.
„Iskustvo u smanjenju i kalibraciji ovih podataka, nekih od prvih prikupljenih sa NIRSpec-om u režimu integralne spektroskopije polja, obezbedilo je stratešku prednost za italijansku zajednicu u upravljanju sličnim podacima iz drugih programa.“ Loiakono je italijanska kontakt osoba za smanjenje podataka NIRSpec u Centru za podršku INAF JVST.
Ona dodaje: „Zahvaljujući osetljivosti svemirskog teleskopa Džejms Veb u bliskom i srednjem infracrvenom spektru, bilo je moguće proučavati spektar kvazara i pratećih galaksija sa neviđenom preciznošću u dalekom univerzumu. Samo odličan ‘pogled’ koji nudi JVST, sa svojim neuporedivim mogućnostima, može osigurati ova zapažanja.“
Rad je predstavljao pravi „emocionalni tobogan“, nastavlja Dekarli, „sa potrebom da se razviju inovativna rešenja za prevazilaženje početnih poteškoća u smanjenju podataka“.
Ovaj transformativni uticaj ugrađenih instrumenata svemirskog teleskopa James Vebb naglašava njegovu ključnu ulogu u unapređenju astrofizičkih istraživanja.
„Do pre nekoliko godina, podaci o obogaćivanju metala (od suštinskog značaja za razumevanje hemijske evolucije galaksija) bili su skoro van našeg domašaja, posebno na ovim udaljenostima. Sada ih možemo detaljno mapirati sa samo nekoliko sati posmatranja, čak i u galaksijama posmatranim kada je univerzum bio u povoju“, zaključuje Dekarli.
