Gökbilimciler 12,8 milyar yıl önce birleşmekte olan bir çift galaksi tespit ettiler. Bu galaksilerin özellikleri, birleşmenin evrendeki en parlak nesne türlerinden biri olan canavar bir galaksi oluşturacağını gösteriyor.

Bu sonuçlar, ayrıntılı içinde Astrofizik Dergisierken evrendeki galaksilerin ve kara deliklerin erken evrimini anlamak açısından önemlidir.

Kuasarlar, erken evrende bir galaksinin merkezindeki süper kütleli bir kara deliğe düşen maddeyle güçlenen parlak nesnelerdir. En çok kabul gören teori, iki gaz zengini galaksinin birleşerek tek bir büyük galaksi oluşturması durumunda, iki galaksinin kütle çekimsel etkileşiminin, gazın bir veya her iki galaksideki süper kütleli kara deliğe doğru düşmesine ve kuasar aktivitesine neden olmasıdır.

Bu teoriyi test etmek için Takuma Izumi liderliğindeki uluslararası bir araştırma ekibi, bilinen en eski yakın kuasar çiftini incelemek için ALMA (Atacama Büyük Milimetre/milimetre altı Dizisi) radyo teleskopunu kullandı.

Bu çift, Japonya’daki Ehime Üniversitesi’nden Yoshiki Matsuoka tarafından Subaru Teleskobu tarafından çekilen görüntülerde keşfedildi. Başak takımyıldızı yönünde bulunan bu kuasar çifti, evrenin ilk 900 milyon yılında var oldu.

Çift sönüktür, bu da kuasarların hala evrimlerinin erken aşamalarında olduğunu gösterir. ALMA gözlemleri kuasarların ev sahibi galaksilerini haritaladı ve galaksilerin bir gaz ve toz “köprüsü” ile birbirine bağlı olduğunu gösterdi. Bu, iki galaksinin aslında birleştiğini gösterir.

ALMA gözlemleri ayrıca ekibin yeni yıldız oluşumu için malzeme olan gaz miktarını ölçmesine olanak sağladı. Ekip, iki galaksinin gaz açısından çok zengin olduğunu buldu ve bu da gelecekte daha güçlü kuasar aktivitesine ek olarak, birleşmenin “yıldız patlaması” olarak bilinen yıldız oluşumunda hızlı bir artışı da tetikleyeceğini gösteriyor.

Yıldız patlaması aktivitesi ile güçlü kuasar aktivitesinin birleşmesinin, erken evrende canavar galaksi olarak bilinen süper parlak bir nesne yaratması bekleniyor.

Gökbilimcilerden oluşan bir ekip, evrenin bir milyar yıldan daha küçük olduğu zamanlardaki halleriyle görülen, şimdiye kadarki en uzaktaki birleşen galaktik çekirdekleri tespit etti. Kuasar adı verilen aktif galaktik merkezler ikilisi, Kozmik Şafak sırasında görülen tek doğrulanmış çifttir.

Oldukça kırmızı olan iki gökada, Subaru teleskopunun Hyper Suprime-Cam’ini kullanan bir ekip tarafından z = 6,05 kırmızıya kaymayla tespit edildi (12 milyar yıl önceki halleriyle görüldüklerini gösteriyor). Ortalama bir izleyiciye özel bir şey gibi görünmüyorlar: daha yakın galaksiler ve yıldızlarla göz kamaştıran bir görüntüdeki birkaç soluk kırmızı leke. Ancak nesnelerin takip eden spektroskopik görüntülemesi, araştırmacıların ışık kaynağının bir kuasar çifti olduğunu belirlemesine yardımcı oldu. Ekibin araştırması şuydu: yayınlanan içinde Astrofizik Günlük Mektupları ve bir tamamlayıcı kağıt AAS Journals’da yayınlanmak üzere kabul edildi.

Japonya’nın Ehime Üniversitesi’nden gökbilimci ve çalışmanın başyazarı Yoshiki Matsuoka, bir e-postada Gizmodo’ya şunları söyledi: “Evrenin erken dönemlerinde birkaç yüz kuasar biliniyor ancak bunların hiçbiri bir çift halinde bulunamadı.” “Bu, evrenin sık sık galaksilerin birleşmesi yoluyla evrimleştiğini ve bunun doğal olarak evrende gözlemlenen birçok birleşen kuasar çiftiyle sonuçlanacağını öne süren standart kozmoloji teorisinin saf beklentilerine aykırıdır.”

Matsuoka, “Keşifimiz böyle bir çiftin kozmik şafakta gerçekten mevcut olduğuna dair ilk kanıtı sağlıyor” diye ekledi. “Evrenin birleşmeler yoluyla evrimleştiği fikrini destekliyor.”

Kozmik Şafak evrenin erken dönemlerinde ilk ışık kaynaklarının oluştuğu dönemdir. Bu dönem, Büyük Patlama’dan yaklaşık 50 milyon yıl sonra, evrenin bir milyar yaşına geldiği zamana kadar sürmüştür (şu anda yaklaşık 13,77 milyar yaşında). Kuasarları evrende bu kadar erken görmek uzun zamandır beklenen bir şeydi, dolayısıyla onların doğrudan gözlemlenmesi memnuniyetle karşılanıyor.

Bu kuasarların kalbinde, ışığın onlardan kaçamayacağı kadar yoğun çekim alanlarına sahip uzay-zaman bölgeleri olan kara delikler bulunur. Bu, kara deliklerin, astronominin tüm algısal araçlarının gücünün sona erdiği ve astrofizik teorileri ve simülasyonlara zemin bıraktığı anlamına geliyor. Her kuasardaki kara deliklerin her biri Güneşimizin kütlesinin yaklaşık 100 milyon katıdır. Matsuoka, deliklerin kütlelerinin hemen hemen aynı olması nedeniyle ekibin onlara ikiz adını verdiğini söyledi.

Matsuoka, “Bu sadece ilk ve tek vaka olmasına rağmen, mevcut bulgu süper kütleli kara deliklerin ve galaksilerin gerçekten de birbirleriyle birleşme yoluyla evrimleştiğini gösteriyor” dedi. “Bu, evrenin her bir malzeme parçasını etkileyen güçlü yer çekimi etkisi altında nasıl evrimleştiğine dair standart paradigmamızı destekliyor.”

Gökyüzünde yeni gözler uzun zamandır beklenen Vera Rubin Gözlemevi Şili’deki gökbilimcilerin yakındaki ve uzaktaki nesneleri sınıflandırmasına yardımcı olacak şekilde gerçek zamanlı olarak güney gökyüzünün daha fazlasını ortaya çıkaracak. Son ekip ayrıca gökadaların çekirdeklerinden akan gazın doğasını ve gazlarının yıldızlara nasıl yol açabileceğini açıklığa kavuşturmak için kuasar çiftinin Webb Uzay Teleskobu ile gözlemlenmesini de öneriyor.

Daha: Bilim Adamları Evrendeki Bir Kuasardan Gelen Uzun, Kıvrımlı Jeti Gözlemledi

Gökbilimciler, Büyük Patlama’dan yalnızca 900 milyon yıl sonra görülen, birleşen en uzak kuasar çiftini keşfettiler.

Kozmik Şafak olarak bilinen bu dönem, evrenin yeniden iyonlaşmasına yol açan yıldız ve galaksi oluşumunun başlangıcını işaret etmesi açısından çok önemlidir. Bu kuasarlar, süper kütleli kara deliklerin oluşumu ve galaksilerin erken evrimi hakkında bilgi sağlayarak, Yeniden İyonlaşma Çağı sırasındaki önemli kozmolojik geçişe dikkat çekiyor.

Kozmik Genişleme ve Kuasar Oluşumu

Büyük Patlama’dan sonraki ilk andan itibaren Evren genişliyor. Bu, erken Evrenin oldukça küçük olduğu ve erken oluşmuş galaksilerin etkileşime girme ve birleşme olasılığının daha yüksek olduğu anlamına geliyor. Galaksi birleşmeleri, merkezi bir süper kütleli kara deliğe düşen gaz ve tozun muazzam miktarda ışık yaydığı, son derece parlak galaktik çekirdekler olan kuasarların oluşumunu körüklüyor. Bu nedenle, erken Evren’e dönüp baktıklarında gökbilimciler, ev sahibi galaksiler birleşirken birbirine yakın çok sayıda kuasar çifti bulmayı bekleyeceklerdir. Ancak şu ana kadar tam olarak hiçbir şey bulamamaları onları şaşırttı.

Gökbilimcilerden oluşan bir ekip, çifte rekor kıran bir kuasar çifti keşfetti. Bunlar sadece şimdiye kadar bulunan en uzak birleşen kuasar çifti değil, aynı zamanda Evrenin en eski oluşumunun geçmiş döneminde doğrulanan tek çifttir.

Uzak Birleşen Kuasarların Keşfi

Gemini North teleskopunun yardımıyla, kısmen ABD Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenen ve NSF tarafından işletilen Uluslararası Gemini Gözlemevi’nin yarısı NOIRLabBir gökbilimci ekibi, Dünya’dan yalnızca 900 milyon yıl sonra görülen, birleşen bir çift kuasar keşfetti. Büyük patlama. Bu sadece şimdiye kadar bulunan en uzak birleşen kuasar çifti değil, aynı zamanda Evren tarihinin Kozmik Şafak olarak bilinen döneminde doğrulanan ilk çifttir.

Kozmik Şafak ve Yeniden İyonlaşmanın Önemi

Kozmik Şafak, Büyük Patlama’dan sonraki yaklaşık 50 milyon yıldan bir milyar yıla kadar sürdü. Bu dönemde ilk yıldızlar ve galaksiler ortaya çıkmaya başladı ve karanlık Evreni ilk kez ışıkla doldurdu. İlk yıldızların ve galaksilerin gelişi, Yeniden İyonlaşma Çağı olarak bilinen kozmosun oluşumunda yeni bir dönemi başlattı.

Kozmik Şafak’ta gerçekleşen Yeniden İyonlaşma Çağı, kozmolojik bir geçiş dönemiydi. Büyük Patlama’dan yaklaşık 400 milyon yıl sonra başlayarak, ilk yıldızlardan, galaksilerden ve kuasarlardan gelen ultraviyole ışık, kozmosun her tarafına yayıldı ve evrenle etkileşime girdi. galaksiler arası ortam ve iyonizasyon olarak bilinen bir işlemle Evrenin ilksel hidrojen atomlarının elektronlarının soyulması. Yeniden İyonlaşma Çağı, Evren tarihinde kozmik karanlık çağların sonunu işaret eden ve bugün yerel Evrenimizde gözlemlediğimiz büyük yapıların tohumunu atan kritik bir dönemdi.

Kuasarlar ve Yeniden İyonlaşma Çağı

Yeniden İyonlaşma Çağı sırasında kuasarların oynadığı rolü tam olarak anlamak için gökbilimciler, bu erken ve uzak çağda yaşayan kuasarları bulup incelemekle ilgileniyorlar.

Yoshiki Matsuoka, “Yeniden İyonlaşma Çağındaki kuasarların istatistiksel özellikleri bize, yeniden iyonlaşmanın ilerlemesi ve kökeni, Kozmik Şafak sırasında süper kütleli kara deliklerin oluşumu ve kuasar ev sahibi galaksilerin en erken evrimi gibi birçok şeyi anlatıyor” dedi. Japonya’daki Ehime Üniversitesi’nden gökbilimci ve bu sonuçları açıklayan makalenin baş yazarı. Astrofizik Günlük Mektupları.

Quasar Çiftini Tanıtıyoruz

Yeniden İyonlaşma Çağı’nda yaklaşık 300 kuasar keşfedildi, ancak bunların hiçbiri bir çift olarak bulunamadı. Ta ki Matsuoka ve ekibi, Subaru Teleskobu üzerindeki Hyper Suprime-Cam ile çekilen görüntüleri incelerken soluk bir kırmızı nokta gözlerine çarpana kadar. Matsuoka, “Kuasar adaylarının görüntülerini tararken, birbirine benzer ve son derece kırmızı iki kaynağın yan yana olduğunu fark ettim” dedi. “Keşif tamamen tesadüfi bir olaydı.”

Ekip, uzak kuasar adaylarının ön plandaki yıldızlar, galaksiler ve yerçekimsel merceklenmenin etkileri gibi çok sayıda başka kaynak tarafından kirlenmiş olması nedeniyle bunların bir kuasar çifti olduğundan emin değildi. Bu nesnelerin doğasını doğrulamak için ekip, Subaru Teleskobu üzerindeki Zayıf Nesne Kamerası ve Spektrografını (FOCAS) ve Gemini North’taki Gemini Yakın Kızılötesi Spektrografını (GNIRS) kullanarak takip spektroskopisi gerçekleştirdi. GNIRS ile elde edilen ve bir kaynaktan yayılan ışığı bileşen dalga boylarına ayıran spektrumlar, kuasar çiftinin ve onlara ev sahipliği yapan galaksilerin doğasını karakterize etme açısından çok önemliydi.

Keşfin Etkileri

Matsuoka, “GNIRS gözlemlerinden öğrendiklerimiz, kuasarların yerdeki en büyük teleskoplardan biriyle bile yakın kızılötesinde tespit edilemeyecek kadar sönük olduğuydu” dedi. Bu, ekibin optik dalga boyu aralığında tespit edilen ışığın bir kısmının kuasarlardan değil, ev sahibi galaksilerde devam eden yıldız oluşumundan geldiğini tahmin etmesine olanak sağladı. Ekip ayrıca iki kara deliğin çok büyük olduğunu ve her birinin Güneş’in kütlesinin 100 milyon katı olduğunu buldu. Bu, iki kuasar arasında uzanan bir gaz köprüsünün varlığıyla birleştiğinde, onların ve ev sahibi galaksilerin büyük ölçekli bir birleşme sürecinden geçtiğini gösteriyor.^[1]

“Yeniden İyonlaşma Çağında birleşen kuasarların varlığı uzun zamandır bekleniyordu. Matsuoka, “Şimdi ilk kez doğrulandı” dedi.^[2]

Quasar Araştırmasında Gelecek Beklentiler

Yeniden İyonlaşma Çağı, kozmik yapının en erken oluşumunu milyarlarca yıl sonra gözlemlediğimiz karmaşık Evrene bağlar. Bu döneme ait uzak nesneleri inceleyen gökbilimciler, yeniden iyonlaşma süreci ve Evrendeki ilk nesnelerin oluşumu hakkında değerli bilgiler ediniyorlar. NSF – DOE Vera C. Rubin Gözlemevi’nin 2025’te başlayacak ve derin görüntüleme yeteneklerini kullanarak milyonlarca kuazarı tespit etmeye hazır olan on yıl süren Eski Uzay ve Zaman Araştırması (LSST) ile buna benzer daha fazla keşif ufukta görünebilir.

Notlar

1. Bir arkadaş kağıt AAS Dergilerinde yayınlanmak üzere kabul edilen, Atacama Büyük Milimetre/milimetre-altı Dizisi (Atacama Büyük Milimetre/milimetre-altı Dizisi) ile alınan gözlemleri kullanarak kuasar çifti, aralarındaki gaz köprüsü ve ev sahibi galaksiler hakkında daha ileri analizler sunmaktadır.ALMA).
2. Adaylar mevcut, ancak bunları tek bir kuasarın muhtemelen yerçekimsel olarak merceklenmiş görüntülerinden ayırmak zordur. Bireysel Yeniden İyonlaşma Çağı galaksilerine gömülü çift aktif galaktik çekirdek olmaya adaylar da vardır, ancak bunlar çok daha düşük parlaklığa sahiptir (Kara delik aktivite) kuasarlardan daha fazladır ve tek bir galaksinin burada açıklanandan niteliksel olarak farklı iki bileşenidir.

Referans: Yoshiki Matsuoka, Takuma Izumi, Masafusa Onoue, Michael A. Strauss, Kazushi Iwasawa, Nobunari Kashikawa, Masayuki Akiyama, Kentaro Aoki, Junya Arita, Masatoshi Imanishi, Rikako Ishimoto, Toshihiro tarafından “z = 6.05’te Birleşen İkiz Kuasarların Keşfi” Kawaguchi, Kotaro Kohno, Chien-Hsiu Lee, Tohru Nagao, John D. Silverman ve Yoshiki Toba, 5 Nisan 2024, Astrofizik Günlük Mektupları.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad35c7

Ekip, Yoshiki Matsuoka (Ehime Üniversitesi, Japonya), Takuma Izumi (Japonya Ulusal Astronomi Gözlemevi, Tokyo), Masafusa Onoue (Kavli Evrenin Fizik ve Matematik Enstitüsü, Japonya), Michael A. Strauss (Princeton ÜniversitesiABD), Kazushi Iwasawa (Universitat de Barcelona İspanya), Nobunari Kashikawa (Tokyo Üniversitesi, Japonya), Masayuki Akiyama (Tohoku Üniversitesi, Japonya), Kentaro Aoki (Subaru Teleskobu, Japonya Ulusal Astronomi Gözlemevi, ABD), Junya Arita ( Tokyo Üniversitesi, Japonya), Masatoshi Imanishi (Japonya Ulusal Astronomi Gözlemevi, İleri Araştırmalar Yüksek Lisans Üniversitesi) [SOKENDAI]Japonya), Rikako Ishimoto (Tokyo Üniversitesi, Japonya), Toshihiro Kawaguchi (Onomichi Şehir Üniversitesi, Japonya), Kotaro Kohno (Tokyo Üniversitesi, Japonya), Chien-Hsiu Lee (WM Keck Gözlemevi, ABD), Tohru Nagao (Ehime) Üniversitesi, Japonya), John D. Silverman (Kavli Evrenin Fiziği ve Matematiği Enstitüsü, Japonya) ve Yoshiki Toba (Ehime Üniversitesi, Japonya, Japonya Ulusal Astronomi Gözlemevi, Tokyo, Academia Sinica Astronomi ve Astrofizik Enstitüsü, Tayvan) )