איור זה מתאר שני קוואזרים בתהליך מיזוג. באמצעות שימוש הן בטלסקופ ג'מיני צפון, מחצית אחת של מצפה הכוכבים הבינלאומי ג'מיני, שנתמך בחלקו על ידי הקרן הלאומית למדע של ארה"ב ומופעל על ידי NSF NOIRLab, והן בטלסקופ סובארו, צוות אסטרונומים גילה זוג קוואזרים מתמזגים שנראו רק 900 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול. לא רק שזהו זוג הקוואזרים המתמזגים הרחוקים ביותר שנמצאו אי פעם, אלא גם הזוג המאושר הראשון שנמצא בתקופת היקום המכונה שחר קוסמי. קרדיט: מצפה תאומים בינלאומי/NOIRLab/NSF/AURA/M. שום
אסטרונומים מגלים את צמד הקוואזרים המתמזגים הרחוקים ביותר, שנראו רק 900 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול.
תקופה זו, הידועה בשם השחר הקוסמי, היא קריטית מכיוון שהיא מסמנת את תחילת היווצרות הכוכבים והגלקסיות שהובילו ליינון מחדש של היקום. הקוואזרים הללו מספקים תובנות לגבי היווצרותם של חורים שחורים סופר-מאסיביים והאבולוציה המוקדמת של גלקסיות, מה שמדגיש מעבר קוסמולוגי משמעותי בתקופת היינון מחדש.
התפשטות קוסמית והיווצרות קוואזרים
מאז הרגע הראשון אחרי המפץ הגדול היקום מתרחב. משמעות הדבר היא שהיקום המוקדם היה קטן במידה ניכרת וגלקסיות שנוצרו מוקדם היו בסבירות גבוהה יותר לתקשר ולהתמזג. מיזוגי גלקסיות מזינים את היווצרותם של קוואזרים – ליבות גלקטיות זוהרות במיוחד שבהן גז ואבק הנופלים לתוך חור שחור סופר מסיבי מרכזי פולטים כמויות אדירות של אור. אז כשמסתכלים לאחור על היקום המוקדם, אסטרונומים היו מצפים למצוא זוגות רבים של קוואזרים בסמיכות זה לזה בזמן שהגלקסיות המארחות שלהם עוברות מיזוג. עם זאת, הם הופתעו למצוא בדיוק כזה – עד עכשיו.
צוות של אסטרונומים גילה זוג קוואזרים שובר שיאים כפולים. לא רק שהם זוג הקוואזרים המתמזגים הרחוקים ביותר שנמצאו אי פעם, אלא גם הזוג היחיד שאושר בעידן העבר של היווצרותו המוקדמת ביותר של היקום.
גילוי של קוואזרים מתמזגים רחוקים
בעזרת טלסקופ ג'מיני צפון, מחציתו של מצפה הכוכבים הבינלאומי ג'מיני, הנתמך בחלקו על ידי הקרן הלאומית למדע של ארה"ב ומופעל על ידי NSF NOIRLabצוות אסטרונומים גילה זוג קוואזרים מתמזגים שנראו רק 900 מיליון שנים לאחר המפץ הגדול. לא רק שזהו זוג הקוואזרים המתמזגים הרחוקים ביותר שנמצאו אי פעם, אלא גם הזוג המאושר הראשון בתקופת ההיסטוריה של היקום המכונה שחר קוסמי.
המשמעות של השחר הקוסמי והיינון מחדש
השחר הקוסמי השתרע בין כ-50 מיליון שנה למיליארד שנים לאחר המפץ הגדול. במהלך תקופה זו החלו להופיע הכוכבים והגלקסיות הראשונים, ומילאו את היקום האפל באור בפעם הראשונה. הגעתם של הכוכבים והגלקסיות הראשונים פתחה עידן חדש בהיווצרות הקוסמוס המכונה עידן היינון מחדש.
למרות שאיננו בטוחים מתי בדיוק הכוכבים הראשונים החלו לזרוח, אנו יודעים שהם בוודאי נוצרו מתישהו לאחר עידן הרקומבינציה, כאשר נוצרו אטומי מימן והליום (380,000 שנים לאחר המפץ הגדול), ולפני הגלקסיות העתיקות ביותר הידועות. היה קיים (400 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול). האור האולטרה-סגול שנפלט מהכוכבים הראשונים פירק את גז המימן הנייטרלי הממלא את היקום ליוני מימן ולאקטרונים חופשיים, והחל את עידן ה-Reionization וסוף העידנים האפלים של היקום. קרדיט: NASA, ESA, CSA, STScI
תקופת היינון, שהתרחשה בתוך השחר הקוסמי, הייתה תקופה של מעבר קוסמולוגי. החל בערך 400 מיליון שנים לאחר המפץ הגדול, אור אולטרה-סגול מהכוכבים, הגלקסיות והקוואזרים הראשונים התפשט ברחבי הקוסמוס, תוך אינטראקציה עם המדיום הבין-גלקטי ומפשיט את אטומי המימן הקדומים של היקום מהאלקטרונים שלהם בתהליך המכונה יינון. תקופת היינון מחדש הייתה תקופה קריטית בהיסטוריה של היקום שסימנה את סוף ימי החושך הקוסמיים וזרעה את המבנים הגדולים שאנו צופים ביקום המקומי שלנו כיום.
קוואזרים ותקופת היינון מחדש
כדי להבין את התפקיד המדויק שמילאו הקוואזרים בתקופת היינון מחדש, אסטרונומים מעוניינים למצוא ולחקור קוואזרים המאכלסים עידן מוקדם ורחוק זה.
"המאפיינים הסטטיסטיים של הקוואזרים בתקופת הריוניזציה מספרים לנו דברים רבים, כמו התקדמות ומקור היינון מחדש, היווצרות של חורים שחורים סופר-מאסיביים במהלך השחר הקוסמי, וההתפתחות המוקדמת ביותר של הגלקסיות המארחות הקוואזרות", אמר יושיקי מטסווקה. , אסטרונום באוניברסיטת Ehime ביפן והמחבר הראשי של המאמר המתאר את התוצאות הללו, שפורסם ב- מכתבי יומן אסטרופיזיים.
תמונה זו, שצולמה עם Hyper Suprime-Cam בטלסקופ סובארו, מציגה זוג קוואזרים בתהליך התמזגות. כתמי האדום הקלושים תפסו את עיניהם של אסטרונומים וספקטרוסקופיה מעקב עם טלסקופ ג'מיני צפון, מחציתו של מצפה הכוכבים הבינלאומי ג'מיני, שנתמך בחלקו על ידי הקרן הלאומית למדע של ארה"ב ומופעל על ידי NSF NOIRLab, אישרו שאובייקטים אלה הם קוואזרים. הזוג נראה רק 900 מיליון שנים לאחר המפץ הגדול. לא רק שזהו זוג הקוואזרים המתמזגים הרחוקים ביותר שנמצאו אי פעם, אלא גם הזוג המאושר הראשון בתקופת ההיסטוריה של היקום המכונה שחר קוסמי. קרדיט: NOIRLab/NSF/AURA/TA Rector (אוניברסיטת אלסקה אנקורג'/NSF NOIRLab), D. de Martin (NSF NOIRLab) & M. Zamani (NSF NOIRLab)
חושפים את צמד הקוואזרים
כ-300 קוואזרים התגלו בתקופת היינון, אך אף אחד מהם לא נמצא בזוג. זאת עד שמאטסווקה והצוות שלהם סקרו תמונות שצולמו עם Hyper Suprime-Cam בטלסקופ סובארו וכתם אדום קלוש תפס את עיניהם. "בזמן הקרנת תמונות של מועמדים לקוואזרים הבחנתי בשני מקורות דומים ואדומים במיוחד אחד ליד השני", אמר מטסווקה. "התגלית הייתה סתמית לחלוטין."
הצוות לא היה בטוח שהם זוג קוואזרים מכיוון שמועמדים לקוואזרים מרוחקים מזוהמים ממקורות רבים אחרים, כמו כוכבי קדמה וגלקסיות והשפעות של עדשות כבידה. כדי לאשר את טבעם של עצמים אלה, הצוות ערך ספקטרוסקופיה מעקב באמצעות מצלמת אובייקט חלש וספקטרוגרף (FOCAS) על טלסקופ סובארו וספקטרוגרף תאומים קרוב לאינפרא אדום (GNIRS) בצפון תאומים. הספקטרום, המפרק את האור הנפלט ממקור לאורכי הגל המרכיבים שלו, שהתקבלו באמצעות GNIRS, היו קריטיות לאפיון אופי צמד הקוואזרים והגלקסיות המארחות שלהם.
השלכות הגילוי
"מה שלמדנו מהתצפיות של GNIRS היה שהקוואזרים חלשים מכדי לזהות באינפרא אדום כמעט, אפילו עם אחד הטלסקופים הגדולים על הקרקע", אמר מטסווקה. זה איפשר לצוות להעריך שחלק מהאור המתגלה בטווח אורכי הגל האופטיים אינו מגיע מהקוואזרים עצמם, אלא מהיווצרות כוכבים מתמשכת המתרחשת בגלקסיות המארחות שלהם. הצוות גם גילה ששני החורים השחורים הם צלילים, שכל אחד מהם הוא פי 100 מיליון מהמסה של השמש. זה, יחד עם נוכחות של גשר גז הנמתח בין שני הקוואזרים, מרמזים שהם והגלקסיות המארחות שלהם עוברים מיזוג בקנה מידה גדול.(1)
"קיומם של קוואזרים מיזוגים בתקופת המחודש היה צפוי כבר זמן רב. עכשיו זה אושר לראשונה", אמר מטסווקה.(2)
סיכויי עתיד במחקר קוואזר
עידן היינון מחבר את ההיווצרות המוקדמת ביותר של מבנה קוסמי ליקום המורכב שאנו צופים בו מיליארדי שנים מאוחר יותר. על ידי חקר עצמים מרוחקים מתקופה זו, אסטרונומים מקבלים תובנה חשובה לגבי תהליך היינון מחדש והיווצרות העצמים הראשונים ביקום. תגליות נוספות מסוג זה עשויות להיות באופק עם סקר החלל והזמן המורשת (LSST) של NSF–DOE Vera C. Rubin, שנמשך עשור, החל משנת 2025, שעומד לגלות מיליוני קוואזרים באמצעות יכולות ההדמיה העמוקות שלו.
הערות
- מאמר נלווה שהתקבל לפרסום ב-AAS Journals מציג ניתוח נוסף של צמד הקוואזרים, גשר הגז בינם לבין הגלקסיות המארחות שלהם באמצעות תצפיות שצולמו במערך Atacama Large Millimeter/submillimeter (אלמא).
- היו מועמדים, אבל קשה להפריד אותם מתמונות אולי עם עדשות כבידה של קוואזר בודד. ישנם גם כמה מועמדים להיות גרעינים גלקטיים פעילים כפולים המשובצים בגלקסיות בודדות של עידן יינון מחדש, אך לאלה יש עוצמת הארה נמוכה בהרבה (חור שחור פעילות) מאשר קוואזרים והם שני מרכיבים בתוך גלקסיה אחת, ששונים באופן איכותי ממה שמתואר כאן.
הצוות מורכב מיושיקי מטסווקה (אוניברסיטת אהיים, יפן), טקומה איזומי (מצפה הכוכבים הלאומי של יפן, טוקיו), מספוסה אונואה (מכון קבלי לפיזיקה ומתמטיקה של היקום, יפן), מייקל א. שטראוס (אוניברסיטת פרינסטוןארה"ב), קזושי איוואסווה (אוניברסיטת ברצלונה ספרד), נובונארי קשיקאווה (אוניברסיטת טוקיו, יפן), מסאיוקי אקיאמה (אוניברסיטת טוהוקו, יפן), קנטארו אאוקי (טלסקופ סובארו, המצפה האסטרונומי הלאומי של יפן, ארה"ב), ג'וניה אריטה ( אוניברסיטת טוקיו, יפן), Masatoshi Imanishi (מצפה הכוכבים האסטרונומי הלאומי של יפן, אוניברסיטת מתקדמים ללימודים מתקדמים (SOKENDAI), יפן), Rikako Ishimoto (אוניברסיטת טוקיו, יפן), Toshihiro Kawaguchi (University Onomichi City, יפן), Kotaro Kohno (אוניברסיטת טוקיו, יפן), צ'יין-הסיו לי (מצפה הכוכבים WM Keck, ארה"ב), Tohru Nagao (אוניברסיטת אהיים, יפן), ג'ון ד. סילברמן (מכון קאולי לפיזיקה ומתמטיקה של היקום, יפן) ויושיקי טובה (אוניברסיטת אהיימה, יפן, מצפה הכוכבים האסטרונומי הלאומי של יפן, טוקיו, מכון האקדמיה סיניקה לאסטרונומיה ואסטרופיזיקה, טייוואן)
