Obnaruzhen naibolee udalennyi kvazar5.07.2011 17:00 | N.T. Ashimbaeva/GAISh, Moskva
Gruppa evropeiskih astronomov s pomosh'yu Very Large Telescope Evropeiskoi yuzhnoi observatorii i ryada drugih teleskopov otkryla i issledovala samyi udalennyi kvazar. ULAS J1120 +0641 "pitaetsya" ot chernoi dyry s massoi v dva milliarda raz bol'she, chem massa Solnca, takim obrazom yavlyayas' samym yarkim ob'ektom iz obnaruzhennyh v rannei Vselennoi.
Kvazary yavlyayutsya ochen' yarkimi, dalekimi galaktikami so sverhmassivnymi chernymi dyrami v ih centrah. Ih blesk delaet ih svoeobraznymi moshnymi mayakami, kotorye mogut pomoch' issledovat' epohu, kogda formirovalis' pervye zvezdy i galaktiki. Vnov' otkrytyi kvazar raspolozhen tak daleko, chto ego svet neset informaciyu o poslednih etapah epohi reionizacii. Okolo 300 000 let posle Bol'shogo vzryva, kotoryi proizoshel 13,7 mlrd let nazad, Vselennaya byla ohlazhdena dostatochno dlya togo, chtoby elektrony i protony mogli ob'edinit'sya s obrazovaniem neitral'nogo vodoroda. Vselennaya byla neitral'noi do togo momenta, kak nachali obrazovyvat'sya pervye zvezdy - primerno cherez 100-150 millionov let. Ih intensivnoe ul'trafioletovoe izluchenie vnov' razrushalo atomy vodoroda na protony i elektrony - etot process i nazyvaetsya reionizaciei - delaya Vselennuyu bolee prozrachnoi dlya ul'trafioletovogo sveta. Schitaetsya, chto eta epoha dlilas' mezhdu 150 - 800 millionami let posle Bol'shogo Vzryva (mezhdu znacheniyami krasnogo smesheniya - 6-15). Kvazary, obrazovavshiesya v etu epohu, sluzhat svoeobraznym zondom, fonovym istochnikom dlya issledovaniya okruzhayushei mezhgalakticheskoi sredy. Izluchenie kvazara pogloshaetsya neitral'nym vodorodom, i v spektre nablyudaetsya pogloshenie v linii Laiman-α. Po forme poglosheniya mozhno delat' predpolozheniya o stepeni ionizacii sredy, a takzhe neskol'kih drugih parametrah.
Issledovaniya pokazali, chto pri z nizhe 6 vodorod v mezhgalakticheskoi srede polnost'yu ionizovan, hotya otdel'nye frakcii neitral'nogo vodoroda est' i na znacheniyah z=6.4. V kombinacii s dannymi po issledovaniyu reliktovogo izlucheniya mozhno sdelat' vyvod, chto povtornaya ionizaciya, reionizaciya, proizoshla na krasnyh smesheniyah bol'she 6.4.
Vnov' otkrytyi kvazar ULAS J1120 +0641, imeet krasnoe smeshenie 7,085, t.e. obrazovalsya vsego 770 millionov let posle Bol'shogo Vzryva. Izvestny bolee udalennye ob'ekty, naprimer, gamma-vsplesk na krasnom smeshenii 8.2 i galaktika s krasnym smesheniem 8,6. Krome togo, est' kandidat na samyi udalennyi ob'ekt s krasnym smesheniem z = 10,3 - UDFj-39546284. No vnov' otkrytyi kvazar v sotni raz yarche, chem eti ob'ekty.
Samym udalennym kvazarom do etogo byl kvazar, obrazovavshiisya 870 millionov let posle Bol'shogo Vzryva (krasnoe smeshenie 6,4). Ob'ekty na takih rasstoyaniyah i dal'she ne mogut byt' obnaruzheny v vidimom svete, tak kak ih svet iz-za rasshireniya Vselennoi k tomu vremeni kak on dostigaet Zemlyu, popadaet v osnovnom v infrakrasnuyu oblast' spektra. Instrument infrakrasnogo glubokogo obzora neba UKIRT - Infrared Deep Sky Survey (UKIDSS), ustanovlennyi na infrakrasnom teleskope na Gavaiyah, byl razrabotan, chtoby reshit' etu problemu. Gruppa astronomov bukval'no proseivala milliony ob'ektov v baze dannyh UKIDSS, chtoby naiti tot, kotoryi mog byt' dolgozhdannym dalekim kvazarom.
Potrebovalos' pyat' let, chtoby naiti etot ob'ekt", ob'yasnyaet Brem Venemans (Bram Veneman), odin iz avtorov issledovaniya. "My iskali kvazar s krasnym smesheniem vyshe, chem 6.5. Obnaruzhenie kvazara na krasnom smeshenii vyshe, chem 7, bylo zahvatyvayushim syurprizom. Teper' udalos' zaglyanut' vglub' epohi reionizacii; etot kvazar predstavlyaet soboi unikal'nuyu vozmozhnost' prodvinut'sya eshe na 100 millionov let vglub' istorii kosmosa, kotoryi byl ranee vne dosyagaemosti.
Rasstoyanie do kvazara bylo opredeleno iz nablyudenii, sdelannyh s pomosh'yu instrumenta FORS2 na teleskope Very Large Telescope ESO (VLT) i na teleskope Gemini North. Poskol'ku ob'ekt yavlyaetsya sravnitel'no yarkim, udalos' poluchit' ego spektr.
Chto mozhno skazat' o sostoyanii ionizacii sredy v promezhutke znachenii z = 6-7.085? Spektr kvazara ULAS J1120+0641 pokazyvaet osobennost', izvestnuyu kak effekt Ganna-Petersona. (Etot effekt byl teoreticheski vychislen v 1965 godu Dzheimsom Gannom i Bryusom Petersonom). Sut' ego zaklyuchaetsya v sleduyushem. Izluchenie ot kvazara, prohodya cherez oblaka neitral'nogo vodoroda, pogloshaetsya ego molekulami. Iz-za krasnogo smesheniya pogloshenie v linii Laiman-α nablyudaetsya v krasnoi oblasti, proishodit svoeobraznoe vyedanie profilya linii (sm. Ris.1). Chem dal'she kvazar, tem bol'she oblakov gaza na luche zreniya, tem bol'she proval v linii. Po velichine provala mozhno delat' ocenki o kolichestve i stepeni ionizacii vodoroda. Etot effekt prekrashaetsya s nachalom epohi reionizacii.
Risunok 1. Shematicheskoe izobrazhenie linii Laiman-α spektra izlucheniya ULAS J1120+0641. Sinyaya krivaya pokazyvaet gipoteticheskoe izluchenie, kotoroe imel by kvazar na z=7, pogruzhennyi v neitral'nuyu mezhgalakticheskuyu sredu. Krasnaya krivaya - to, chto nablyudaetsya pri pogloshenii neitral'nym vodorodom. Eto obuslovleno effektom Ganna-Petersona: na grafike obrazuetsya vpadina (zhelob) iz-za poglosheniya v mezhgalakticheskoi srede vdol' lucha zreniya. Effekt dempfirovaniya kryla proishodit iz-za poglosheniya, no, v otlichie ot effekta Ganna-Petersona, v etom sluchae trebuetsya ochen' vysokaya koncentraciya neitral'nogo vodoroda. Razmer oblasti zavisit ot neskol'kih faktorov, v chastnosti, ot neitral'nosti sredy. (Izobrazhenie: Chris Willott)
Po raschetam avtorov dolzhno byt' tol'ko okolo 100 yarkih kvazarov s krasnym smesheniem vyshe 7 po vsemu nebu. Obnaruzhenie etogo ob'ekta trebovalo kropotlivogo poiska, no eto stoilo vseh usilii, chtoby imet' vozmozhnost' razgadat' nekotorye tainy rannei Vselennoi.
Eti nablyudeniya pokazali, chto massa chernoi dyry v centre ULAS J1120+0641 sostavila okolo dvuh milliardov mass Solnca. Takuyu velichinu massy ob'ekta slozhno ob'yasnit' na takih rannih stadiyah posle Bol'shogo Vzryva. Sovremennye teorii dlya rosta sverhmassivnyh chernyh dyr pokazyvayut medlennyi rost massy kompaktnogo ob'ekta iz-za akkrecii veshestva iz okruzhayushei sredy. Soglasno etim modelyam massa chernoi dyry kvazara ne dolzhna byt' vyshe, chem odna chetvertaya poluchennogo znacheniya massy dlya ULAS J1120+0641.
Vse massivnye galaktiki, vklyuchaya i nashu sobstvennuyu, soderzhat v centre chernye dyry massoi bol'she 1 milliona mass Solnca. Soglasno sovremennym predstavleniyam oni obrazuyutsya putem akkrecii veshestva na central'nyi ob'ekt ili v rezul'tate sliyaniya chernyh dyr men'shih mass. Pervye chernye dyry obrazovyvalis' v rezul'tate vzryva sverhnovyh ili kollapsa massivnyh v million mass Solnca gazovyh oblakov.
Kakoi scenarii vybrat'? Slozhnost' zaklyuchaetsya v tom, chto ocenennaya massa kvazara slishkom velika. Chtoby ee nabrat' za stol' korotkoe vremya (700 mln.let) nado bylo imet' progenitor (progenitor) s massoi po krainei mere v polmilliona mass Solnca ili dolzhno bylo proizoiti sliyanie neskol'kih tysyach ostatkov massivnyh zvezd v centre galaktiki.
Vse eto v ocherednoi raz oznachaet, chto sushestvuyushie modeli rosta etih ob'ektov, vozmozhno, dolzhny byt' peresmotreny.
Rezul'taty otkrytiya izlozheny v zhurnale Nature za 30 iyunya 2011 - stat'ya i stat'ya.
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
Kosmologiya - krasnoe smeshenie - mezhgalakticheskii gaz
Publikacii so slovami: Kosmologiya - krasnoe smeshenie - mezhgalakticheskii gaz | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
