Глобальная группа исследователей, возглавляемая Итальянским национальным институтом астрофизики (INAF) и включающая 34 научно-исследовательских института и университета по всему миру, использовала спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) на борту космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), чтобы наблюдать драматическое взаимодействие между квазаром в системе PJ308–21 и двумя массивными галактиками-спутниками в далекой Вселенной. Наблюдения, проведенные в сентябре 2022 года, предоставили беспрецедентные данные, проливающие свет на рост галактик в ранней Вселенной. Результаты были представлены на встрече Европейского астрономического общества (EAS) 2024 года в Падуе (Италия) и опубликованы 5 июля в журнале Astronomy & Astrophysics.
Изучение этого квазара, одного из первых, исследованных с помощью NIRSpec, когда Вселенной было менее миллиарда лет (красное смещение z = 6,2342), дало данные сенсационного качества: инструмент «захватил» спектр квазара с точностью менее 1% на пиксель. Родительская галактика PJ308–21 демонстрирует высокую металличность и условия фотоионизации, типичные для активного галактического ядра (AGN), тогда как одна из галактик-спутников характеризуется низкой металличностью и фотоионизацией, вызванной звездообразованием. Вторая галактика-спутник имеет более высокую металличность и частично фотоионизирована квазаром.
Это позволило астрономам определить массу сверхмассивной черной дыры в центре системы (около 2 миллиардов солнечных масс) и подтвердить, что и квазар, и окружающие его галактики находятся в стадии активного роста и обогащения. Это открытие имеет важные последствия для понимания космической истории и химической эволюции галактик.
Роберто Декарли, научный сотрудник INAF в Болонье и первый автор статьи, поясняет:
Наше исследование показывает, что черные дыры в квазарах с высоким красным смещением и их галактики растут очень эффективно и быстро уже в первый миллиард лет космической истории, чему способствует богатая галактическая среда.
Данные были получены в рамках Программы 1554, одного из девяти итальянских проектов первого цикла наблюдений JWST. Декарли возглавляет эту программу, направленную на изучение слияния галактики с квазаром PJ308-21 и двух ее галактик-спутников.
Наблюдения проводились с использованием интегральной полевой спектроскопии, что позволило для каждого пикселя изображения получить спектр в оптическом диапазоне (в системе отсчета покоя источника), смещенном в инфракрасный диапазон из-за расширения Вселенной. Это позволяет исследовать различные газовые трассеры (линии излучения) с использованием трехмерного подхода. Таким образом, группа под руководством INAF смогла обнаружить пространственно протяженные излучения от различных элементов и изучить свойства ионизированной межзвездной среды.
Федерика Лойаконо, астрофизик и постдок INAF, с энтузиазмом комментирует:
Благодаря NIRSpec мы впервые можем изучать в системе PJ308-21 оптический диапазон, богатый ценными данными о свойствах газа вблизи черной дыры и в окружающих галактиках. Мы можем видеть излучение атомов водорода и сравнивать его с химическими элементами, производимыми звездами, чтобы понять, насколько газ в галактиках богат металлами. Этот опыт обработки и калибровки данных дал итальянскому сообществу стратегическое преимущество в управлении аналогичными данными из других программ.
