Η κάμερα σκοτεινής ενέργειας αποκαλύπτει μυστικά της βιολογίας των κβάζαρ στο πρώιμο σύμπαν

Μια πρόσφατη μελέτη χρησιμοποίησε προηγμένες τεχνικές Κάμερα Dark Energy (DECam) Παρείχε βαθιές γνώσεις για τη φύση των κβάζαρ περιβαλλόντων στο πρώιμο σύμπαν. Εκμεταλλευόμενοι εκτεταμένες δυνατότητες παρατήρησης Τηλεσκόπιο 4 μέτρων Victor M. Blanco Στο Cerro Tololo Interamerican Observatory στη Χιλή, οι ερευνητές επιβεβαίωσαν ότι τα κβάζαρ – από τα φωτεινότερα αντικείμενα στο σύμπαν – περιβάλλονται από πυκνά σμήνη μικρότερων γαλαξιών. Παραδόξως, η μελέτη αποκαλύπτει επίσης μια σημαντική έλλειψη γαλαξιών στο άμεσο περιβάλλον αυτών των κβάζαρ, που οδηγεί σε μια επαναξιολόγηση του ρόλου τους στην καταστολή του σχηματισμού αστεριών.

Γειτονιές κβάζαρ: απροσδόκητα πυκνές και απομονωμένες

Κβάζαρ Είναι γνωστό ότι λειτουργεί με Υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες Συσσωρεύει τεράστιες ποσότητες αερίου, καθιστώντας το ένα από τα πιο φωτεινά αντικείμενα στο σύμπαν. Αυτές οι μαύρες τρύπες είναι τόσο μεγάλες που μπορούν να σχηματιστούν μόνο σε περιοχές όπου το αέριο είναι άφθονο, και για αυτόν τον λόγο, οι επιστήμονες πίστευαν από καιρό ότι τα κβάζαρ υπάρχουν στα πιο πυκνά μέρη του πρώιμου σύμπαντος. Ωστόσο, παρά την αναμενόμενη παρουσία τους σε πυκνοκατοικημένα γαλαξιακά σμήνη, Προηγούμενες παρατηρήσεις σε περιβάλλοντα κβάζαρ Οι μελέτες έχουν δώσει ανάμεικτα αποτελέσματα. Ορισμένες μελέτες έχουν αναφέρει την παρουσία πυκνών περιοχών συντρόφων γαλαξιών γύρω από κβάζαρ, ενώ άλλες μελέτες έχουν βρει διάσπαρτες περιοχές γύρω τους. Η ασυμφωνία σε αυτά τα αποτελέσματα έχει προβληματίσει τους αστρονόμους εδώ και χρόνια.

Σε αυτή την τελευταία μελέτη που πραγματοποίησε Τριστάν ΛάμπερτΟι ερευνητές κατέφυγαν Το τεράστιο οπτικό πεδίο της DECam Και ειδικά φίλτρα για να λύσετε το παζλ. Εστιάζοντας στα κβάζαρ Vic J2348-3054που βρίσκεται σε σταθερή απόσταση χάρη σε προηγούμενες παρατηρήσεις από Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA)Η ομάδα κατάφερε να χαρτογραφήσει το περιβάλλον του κβάζαρ σε μια άνευ προηγουμένου ευρεία περιοχή του ουρανού. Σύμφωνα με τον Lambert, η μελέτη εκμεταλλεύτηκε μια «τέλεια καταιγίδα» συνθηκών: «Είχαμε ένα κβάζαρ με γνωστή απόσταση. Δ έκκεντρο «Το τηλεσκόπιο Blanco μας έδωσε το τεράστιο οπτικό πεδίο και το ακριβές φιλτράρισμα που χρειαζόμασταν». Αυτό επέτρεψε στην ομάδα να ανακαλύψει… 38 συνοδοιπόροι γαλαξίες Απλώστε σε απόσταση έως 60 εκατομμύρια έτη φωτός Των κβάζαρ, που επιβεβαιώνει ότι αυτά τα κβάζαρ βρίσκονται σε πυκνοκατοικημένες περιοχές του διαστήματος, όπως αναμενόταν.

Αλλά η πραγματική έκπληξη ήρθε όταν η ομάδα εξέτασε την περιοχή που βρίσκεται πιο κοντά στο κβάζαρ, στην ακτίνα του 15 εκατομμύρια έτη φωτόςΚαι το βρήκα Δεν υπάρχουν καθόλου γαλαξίεςΑυτό το κενό γύρω από το κβάζαρ υποδηλώνει ότι η έντονη ακτινοβολία που εκπέμπεται από το κβάζαρ μπορεί να εμποδίσει το σχηματισμό νέων άστρων σε κοντινούς γαλαξίες, ένα φαινόμενο που δεν έχει παρατηρηθεί οριστικά πριν. «Μερικά κβάζαρ δεν είναι ήσυχοι γείτονες», εξήγησε ο Λάμπερτ και υπέθεσε ότι η ακτινοβολία μπορεί να είναι τόσο ισχυρή που «θερμαίνει το αέριο στους κοντινούς γαλαξίες, εμποδίζοντας αυτήν την κατάρρευση» και έτσι καταστέλλοντας εντελώς τον σχηματισμό άστρων.

Λύση στο πρόβλημα της γειτονιάς κβάζαρ

Αυτή η μελέτη υπογραμμίζει τη συνεχιζόμενη σύγχυση σχετικά με τα περιβάλλοντα κβάζαρ και εξηγεί γιατί προηγούμενες έρευνες έχουν δώσει αντικρουόμενα αποτελέσματα. Προηγούμενες έρευνες σε μικρότερες περιοχές Το απατηλό κενό των περιοχών που περιβάλλουν αμέσως το κβάζαρ θα μπορούσε να είχε παραπλανηθεί από το απατηλό κενό των περιοχών που περιβάλλουν αμέσως το κβάζαρ. Χωρίς μια αρκετά ευρεία άποψη, οι προηγούμενες παρατηρήσεις μπορεί να είχαν χάσει μεγαλύτερα σμήνη πιο απομακρυσμένων συντρόφων γαλαξιών, δίνοντας μια ελλιπή ή ακόμα και αντιφατική εικόνα των περιβαλλόντων κβάζαρ. Σύμφωνα με τον Lambert, η επιτυχία αυτής της μελέτης οφείλεται σε μεγάλο βαθμό… Το εξαιρετικά ευρύ οπτικό πεδίο της DECam«Πρέπει πραγματικά να ανοίξεις σε μια μεγαλύτερη περιοχή», είπε, προσθέτοντας ότι αυτή η ευρεία άποψη επέτρεψε μια πιο ολοκληρωμένη ανάλυση των γειτονιών κβάζαρ από ποτέ.

Σχεδιάζοντας έναν χάρτη της περιοχής επάνω 60 εκατομμύρια έτη φωτός Μελετώντας το κβάζαρ, η ερευνητική ομάδα μπόρεσε να προσφέρει μια πιο ολοκληρωμένη προοπτική. Βρήκαν ότι ενώ τα κβάζαρ περιβάλλονται πράγματι από πυκνά σμήνη συντρόφων γαλαξιών, υπάρχει συχνά ένα αξιοσημείωτο κενό γύρω από το ίδιο το κβάζαρ. Η απουσία γαλαξιών σε αυτή την περιοχή παρέχει μια εύλογη εξήγηση για το γιατί προηγούμενες μελέτες έχουν δώσει αντικρουόμενα αποτελέσματα. Έρευνες μικρότερης κλίμακαςΤο τηλεσκόπιο DECam, το οποίο δεν διαθέτει το ευρύ οπτικό πεδίο που παρέχει η κάμερα DECam, θα μπορούσε να εστιάσει μόνο στις πιο κοντινές, πιο κενές περιοχές γύρω από τα κβάζαρ και έτσι να χάσει τα πολύ μεγαλύτερα, πιο μακρινά σμήνη γαλαξιών.

Αυτή η απροσδόκητη ανακάλυψη παρέχει επίσης μια νέα κατανόηση της δυναμικής των ανατροφοδοτήσεων κβάζαρ, όπου η έντονη ακτινοβολία από ένα κβάζαρ μπορεί να διαταράξει τη διαδικασία Σχηματισμός αστεριών Σε κοντινούς γαλαξίες. Αυτή η διαταραχή μπορεί να εξηγήσει γιατί οι γαλαξίες που βρίσκονται πιο κοντά στο κβάζαρ δεν εμφανίζονται ή απουσιάζουν. Όπως επισημαίνει ο Lambert, “Τα αστέρια στους γαλαξίες σχηματίζονται από αέριο αρκετά κρύο ώστε να καταρρεύσουν υπό τη δική τους βαρύτητα. Τα φωτεινά κβάζαρ είναι πιθανώς τόσο φωτεινά που αυτό το αέριο φωτίζει και θερμαίνει τους κοντινούς γαλαξίες, αποτρέποντας αυτήν την κατάρρευση.” Αυτή η ανακάλυψη υπογραμμίζει τον σημαντικό ρόλο που μπορεί να διαδραματίσουν τα κβάζαρ στη ρύθμιση του σχηματισμού άστρων στη γειτονιά τους και μπορεί να αναδιαμορφώσει την κατανόησή μας για το σχηματισμό σμήνων γαλαξιών στο πρώιμο σύμπαν.

Μελλοντικές επιπτώσεις για την έρευνα κβάζαρ και σχηματισμού γαλαξιών

Στο μέλλον, η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει να συνεχίσει τη διερεύνηση της σχέσης μεταξύ των κβάζαρ και των γύρω γαλαξιών τους. Απαιτούνται περισσότερες παρατηρήσεις για να επιβεβαιωθεί εάν η ακτινοβολία από κβάζαρ καταστέλλει πραγματικά τον σχηματισμό άστρων σε κοντινούς γαλαξίες. Η ομάδα του Lambert ετοιμάζεται ήδη να διεξαγάγει περαιτέρω μελέτες. Φασματοσκοπικές παρατηρήσεις Αυτή η μελέτη στοχεύει να συλλέξει περισσότερα δεδομένα σχετικά με τις δυνατότητες καταστολής του σχηματισμού αστεριών και να επεκτείνει το μέγεθος του δείγματος μελετώντας άλλα κβάζαρ σε παρόμοια περιβάλλοντα. Αυτές οι μελέτες παρακολούθησης θα είναι κρίσιμες για τον προσδιορισμό του εάν αυτό το φαινόμενο είναι μοναδικό σε ορισμένα κβάζαρ ή αν αντιπροσωπεύει ένα ευρύτερο μοτίβο σε όλο το πρώιμο σύμπαν.

Στο εγγύς μέλλον θα αναπτυχθούν πιο προηγμένα παρατηρητήρια π.χ Vera C. Rubin Observatory του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών και του Τμήματος Ενέργειας Αυτό αναμένεται να φέρει επανάσταση στην κατανόησή μας για τα κβάζαρ και το περιβάλλον τους. Το αστεροσκοπείο θα παρέχει πιο ισχυρά εργαλεία για τη μελέτη του πρώιμου σύμπαντος, επιτρέποντας στους αστρονόμους να χαρτογραφήσουν γειτονιές κβάζαρ με μεγαλύτερη ακρίβεια. «Αναμένουμε ότι η παραγωγικότητα θα διπλασιαστεί δραματικά με το NSF/DOE Vera C. Rubin Observatory», δήλωσε η Vera C. Rubin, διευθύντρια του NSF-DOE Vera C. Rubin Observatory. Κρις ΝτέιβιςΔιευθυντής Προγράμματος στο Εργαστήριο NSF NOIRτονίζοντας τη συλλογική προσπάθεια μεταξύ του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών και του Υπουργείου Ενέργειας που κατέστησε δυνατή αυτή τη μελέτη.

Αυτή η έρευνα αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός στην κατανόησή μας για το πώς τα κβάζαρ αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους. Οι δυνατότητες του DECam είναι εκτεταμένες Οι ακριβείς μετρήσεις απόστασης που παρέχονται από την ALMA έχουν ανοίξει νέες δυνατότητες για τη μελέτη του πρώιμου σύμπαντος. Αποκαλύπτοντας τα πυκνά σμήνη γαλαξιών που περιβάλλουν τα κβάζαρ και τα απροσδόκητα κενά κοντά τους, αυτή η μελέτη παρέχει μια πιο ακριβή άποψη του σύμπαντος κατά τα στάδια σχηματισμού του. Καθώς οι μελλοντικές παρατηρήσεις βελτιώνουν αυτά τα αποτελέσματα, μπορεί σύντομα να αποκτήσουμε σαφέστερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο εξελίχθηκε το σύμπαν. Υπερμεγέθεις μαύρες τρύπεςΤα κβάζαρ και τα σμήνη γαλαξιών εξελίχθηκαν μαζί στο πρώιμο σύμπαν, σχηματίζοντας το σύμπαν που βλέπουμε σήμερα.