חוקרים המשתמשים בטלסקופ החלל ג'יימס ווב חקרו את האינטראקציה של קוואזר עם גלקסיות לוויין, וחשפו תובנות קריטיות לגבי צמיחה מוקדמת של גלקסיות היקום, מסת חור שחור ואבולוציה כימית. (קונספט האמן.) קרדיט: twoday.co.il.com
קבוצת מחקר בינלאומית השתמשה ב טלסקופ החלל ג'יימס ווב לחזות באינטראקציה הדרמטית בין א קוואזר בתוך מערכת PJ308–21 ושתי גלקסיות לוויין מסיביות ביקום הרחוק
מחקר זה חשף פרטים משמעותיים על היווצרות הגלקסיות, המסה והצמיחה של חורים שחורים סופר-מסיביים, והתכונות הכימיות של גרמי השמיים הללו, המסמנים צעד מרכזי בהבנת ההיסטוריה הקוסמית.
צוות עולמי בראשות המכון הלאומי האיטלקי לאסטרופיזיקה (INAF) וכולל 34 מכוני מחקר ואוניברסיטאות ברחבי העולם השתמש בספקטרוגרף אינפרא אדום קרוב (NIRSpec) על סיפון טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) כדי לראות את האינטראקציה הדרמטית בין קוואזר בפנים מערכת PJ308–21 ושתי גלקסיות לוויין מסיביות ביקום הרחוק. התצפיות, שנערכו בספטמבר 2022, חשפו פרטים חסרי תקדים ומעוררי יראת כבוד, וסיפקו תובנות חדשות לגבי צמיחתן של גלקסיות ביקום המוקדם. התוצאות הוצגו במהלך 2024 האגודה לאסטרונומיה האירופית (EAS) בפאדובה (איטליה) ופורסמו ב-5 ביולי ב- אסטרונומיה ואסטרופיזיקה.
חשיפת ה-Quasar ו- Galaxy Dynamics
תצפיות על הקוואזר הזה (כבר תוארו על ידי אותם מחברים במחקר אחר שפורסם במאי האחרון), אחת הראשונות שנחקרו עם NIRSpec כשהיקום היה בן פחות ממיליארד שנים (הסטה לאדום z = 6.2342), גילו נתונים באיכות סנסציונית: המכשיר "תפס" את הספקטרום של הקוואזר עם אי ודאות של פחות מ-1% לפיקסל. הגלקסיה המארחת של PJ308-21 מציגה מתכתיות גבוהה ותנאי פוטויוניזציה אופייניים לגרעין גלקטי פעיל (AGN), בעוד שאחת מגלקסיות הלוויין מציגה מתכתיות נמוכה (המתייחסת לשפע של יסודות כימיים כבדים יותר ממימן והליום) ופוטוניזציה המושרה. על ידי היווצרות כוכבים; מתכתיות גבוהה יותר מאפיינת את גלקסיית הלוויין השנייה, המצולמת בחלקה על ידי הקוואזר.
מפה של פליטת הקו של מימן (באדום וכחול) וחמצן (בירוק) במערכת PJ308-21, מוצגת לאחר מיסוך האור מהקוואזר המרכזי ("QSO"). הצבעים השונים של הגלקסיה המארחת של הקוואזר והגלקסיות הנלוות במפה זו חושפים את התכונות הפיזיקליות של הגז שבתוכם. קרדיט: Decarli/INAF/A&A 2024
תובנות לגבי האבולוציה הקוסמית
התגלית אפשרה לאסטרונומים לקבוע את המסה של הסופר-מסיבי חור שחור במרכז המערכת (כ-2 מיליארד מסות שמש). הוא גם אישר שגם הקוואזר וגם הגלקסיות שמסביב מפותחים מאוד בהעשרה של מסה ומתכת, ובצמיחה מתמדת. יש לכך השלכות עמוקות על הבנתנו את ההיסטוריה הקוסמית ואת האבולוציה הכימית של הגלקסיות, מה שמדגיש את ההשפעה הטרנספורמטיבית של המחקר הזה.
התקדמות טכנית בתצפיות בחלל
רוברטו דקרלי, חוקר ב-INAF בבולוניה והמחבר הראשון של המאמר, מסביר: "המחקר שלנו מגלה שגם החורים השחורים במרכזם של קוואזרים בעלי הסחה לאדום גבוהה וגם הגלקסיות המארחות אותם עוברים צמיחה יעילה וסוערת ביותר כבר ב- מיליארד השנים הראשונות של היסטוריה קוסמית, בסיוע הסביבה הגלקטית העשירה שבה נוצרים מקורות אלה."
הנתונים התקבלו בספטמבר 2022 כחלק מתוכנית 1554, אחד מתשעת הפרויקטים בראשות איטליה במחזור התצפית הראשון של JWST. דקרלי מוביל תוכנית זו כדי לצפות במיזוג בין הגלקסיה המארחת את הקוואזר (PJ308-21) לבין שתיים מגלקסיות הלוויין שלה.
מפה של פליטת חמצן מיונן במערכת PJ308-21, נצפתה עם טלסקופ החלל ג'יימס ווב. כל פריים מציג טווח מהירות שונה. באנימציה אנו רואים את המבנה התלת מימדי המורכב של המערכת ואת "הריקוד הקוסמי" של גלקסיות הלוויין סביב הקוואזר. קרדיט: Decarli/INAF/A&A 2024
קידום האסטרופיזיקה עם טלסקופ החלל ג'יימס ווב
התצפיות בוצעו במצב ספקטרוסקופיה שדה אינטגרלי: עבור כל פיקסל תמונה, ניתן לצפות בספקטרום של כל הרצועה האופטית (במסגרת המנוחה של המקור), המוזז לעבר האינפרא אדום על ידי התפשטות היקום. זה מאפשר מחקר של נותני גז (קווי פליטה) שונים בגישה תלת מימדית. הודות לטכניקה זו, הצוות בראשות INAF זיהה פליטות מורחבות במרחב מיסודות שונים, ששימשו לחקר המאפיינים של המדיום הבין-כוכבי המיונן, כולל המקור והקשיות של שדה הקרינה המייננת, מתכתיות, ערפול אבק, צפיפות אלקטרונים ו טמפרטורה וקצב היווצרות כוכבים. יתר על כן, החוקרים זיהו באופן שולי את פליטת אור הכוכבים הקשורה למקורות נלווים.
פדריקה לויאקונו, אסטרופיזיקאית, עמיתת מחקר ופוסט דוקטורט העובדת ב-INAF, מעירה בהתלהבות על התוצאות: "בזכות NIRSpec, בפעם הראשונה נוכל ללמוד במערכת PJ308-21 את הרצועה האופטית, עשירה בנתוני אבחון יקרים על מאפיינים של גז ליד החור השחור בגלקסיה המארחת את הקוואזר ובגלקסיות שמסביב. אנו יכולים לראות, למשל, את פליטת אטומי המימן ולהשוות אותה ליסודות הכימיים שמייצרים הכוכבים כדי לקבוע עד כמה הגז בגלקסיות עשיר במתכות. הניסיון בצמצום וכיול נתונים אלה, חלק מהראשונים שנאספו עם NIRSpec במצב ספקטרוסקופיה אינטגרלית של שדה, הבטיח יתרון אסטרטגי לקהילה האיטלקית בניהול נתונים דומים מתכניות אחרות." Federica Loiacono היא אשת הקשר האיטלקית להפחתת נתונים NIRSpec במרכז התמיכה של INAF JWST.
כיוונים והשלכות עתידיות
היא מוסיפה: "הודות לרגישות של טלסקופ החלל ג'יימס ווב באינפרא אדום הקרוב והבינוני, ניתן היה לחקור את הספקטרום של הקוואזר והגלקסיות הנלוות בדיוק חסר תקדים ביקום הרחוק. רק ה'נוף' המצוין שמציע JWST, עם היכולות שאין שני לו, יכול להבטיח את התצפיות הללו". העבודה ייצגה "רכבת הרים רגשית", ממשיך דקרלי, "עם הצורך לפתח פתרונות חדשניים כדי להתגבר על הקשיים הראשוניים בהפחתת הנתונים".
ההשפעה הטרנספורמטיבית הזו של המכשירים המובנים של טלסקופ החלל ג'יימס ווב מדגישה את תפקידו המכריע בקידום המחקר האסטרופיזי: "עד לפני מספר שנים, נתונים על העשרה של מתכות (החיוניות להבנת האבולוציה הכימית של גלקסיות) היו כמעט מחוץ להישג ידנו, במיוחד במרחקים אלו. כעת אנו יכולים למפות אותם בפירוט רק עם כמה שעות של תצפית, אפילו בגלקסיות שנצפו כשהיקום היה בחיתוליו", מסכם דקרלי.
