«Джеймс Уэбб» рассмотрел растущий за счет слияния с массивными галактиками квазар из ранней Вселенной

Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» рассмотрел массивный квазар, сливающийся с двумя массивными галактиками, которые существовали спустя около 890 миллионов лет после Большого Взрыва. Система демонстрирует, как эффективно могли расти родительские галактики квазаров и как активно могла химически обогащаться среда внутри них в ранней Вселенной. Статья опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics.

Родительские галактики квазаров представляют собой одни из самых массивных галактик, существовавших в первый миллиард лет жизни Вселенной. Они обладают активными сверхмассивными черными дырами и огромными запасами молекулярного газа, а их динамические массы могут достигать 10¹¹ масс Солнца. Наличие большого количества пыли в таких системах указывает на обогащение межзвездной среды разными химическими элементами, рожденными в ходе эволюции нескольких поколений звезд. Однако ученым очень не хватает данных о свойствах нейтрального и ионизированного межзвездного газа в таких далеких галактиках. Также интерес представляет изменение свойств внутригалактической среды при взаимодействии и слиянии галактик.

Группа астрономов во главе с Роберто Декарли (Roberto Decarli) из Национального института астрофизики в Болонье опубликовала результаты спектроскопических наблюдений за квазаром PJ308—21, проведенных при помощи инструмента NIRSpec «Джеймса Уэбба». Телескоп отслеживал распределение и движение газа в системе, ведя наблюдения в линиях ионизированного кислорода, серы, гелия и углерода, а также в линиях водорода.

PJ308—21 был обнаружен в 2016 году в данных оптического обзора неба Pan—STARRS. Затем за ним наблюдали радиотелескоп ALMA и телескоп «Хаббл», которые обнаружили, что система может включать в себя три галактики, а квазар может содержать затемненное пылью и газом активное ядро, в котором может быть пара сверхмассивных черных дыр. Красное смещение квазара составляет z = 6,234.

Данные «Джеймса Уэбба» выявили пять компонентов системы: родительская галактика квазара, два ее компаньона, мостообразная структура, соединяющая квазар с одной из галактик-компаньонов, и отток ионизированного газа.

Родительская галактика квазара очень массивна (более 10¹¹ масс Солнца), запылена и демонстрирует признаки ионизации газа излучением от активного ядра. Кроме того, она демонстрирует обогащение газа продуктами звездного нуклеосинтеза.

Свойства галактик-компаньонов различаются, что означает, что это две галактики, а не части одной разрушенной галактики. Западная галактика-компаньон демонстрирует меньшую металличность (0,4 солнечной против 0,8 солнечной) и звездную массу (7 × 10⁹ масс Солнца против 1,4 × 10¹⁰ масс Солнца), чем восточная галактика-компаньон. Последняя также характеризуется более старым звездным населением и повышенной запыленностью, а внутригалактическая среда подвергается частичной ионизации излучением квазара, в то время как ионизация межзвездной среды в западной галактике объясняется звездным населением.

Свойства галактик-компаньонов и то, что их металличность относительно высока по сравнению с типичными галактиками на таких красных смещениях, говорят о том, что они уже прошли достаточно длинный эволюционный путь, а их слияние с квазаром говорит в пользу идеи о том, что формирование родительских галактик квазаров в ранней Вселенной эффективно протекало в ядрах плотных групп галактик.

Ранее ученые нашли целую паутину из шести галактик вокруг квазара из ранней Вселенной.