Esta ilustração mostra dois quasares em processo de fusão. Usando o telescópio Gemini North, metade do Observatório Internacional Gemini, que é apoiado em parte pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA e operado pela NSF NOIRLab, e o Telescópio Subaru, uma equipe de astrônomos descobriu um par de quasares em fusão vistos apenas 900 milhões de anos após o Big Bang. Este não é apenas o par de quasares em fusão mais distante já encontrado, mas também o primeiro par confirmado encontrado no período do Universo conhecido como Aurora Cósmica. Crédito: Observatório Internacional Gemini/NOIRLab/NSF/AURA/M. Alho
Os astrónomos descobrem o par mais distante de quasares em fusão, observados apenas 900 milhões de anos após o Big Bang.
Este período, conhecido como Amanhecer Cósmico, é crucial porque marca o início da formação de estrelas e galáxias que levou à reionização do universo. Estes quasares fornecem informações sobre a formação de buracos negros supermassivos e a evolução inicial das galáxias, destacando uma transição cosmológica significativa durante a Época da Reionização.
Expansão Cósmica e Formação Quasar
Desde o primeiro instante após o Big Bang, o Universo tem se expandido. Isto significa que o Universo primitivo era consideravelmente menor e as galáxias formadas precocemente eram mais propensas a interagir e fundir-se. As fusões de galáxias alimentam a formação de quasares – núcleos galácticos extremamente luminosos onde o gás e a poeira que caem num buraco negro supermassivo central emitem enormes quantidades de luz. Assim, ao olhar para o Universo primitivo, os astrónomos esperariam encontrar numerosos pares de quasares próximos uns dos outros, à medida que as suas galáxias hospedeiras passavam por fusões. No entanto, eles ficaram surpresos ao encontrar exatamente nenhum – até agora.
Uma equipe de astrônomos descobriu um par de quasares que quebrou recorde duplo. Não são apenas o par de quasares em fusão mais distante alguma vez encontrado, mas também o único par confirmado na era passada da formação mais antiga do Universo.
Descoberta de quasares distantes em fusão
Com a ajuda do telescópio Gemini Norte, metade do Observatório Internacional Gemini, que é apoiado em parte pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA e operado pela NSF NOIRLabuma equipe de astrônomos descobriu um par de quasares em fusão vistos apenas 900 milhões de anos depois do Big Bang. Este não é apenas o par de quasares em fusão mais distante já encontrado, mas também o primeiro par confirmado no período da história do Universo conhecido como Aurora Cósmica.
O significado do amanhecer cósmico e da reionização
A Aurora Cósmica durou cerca de 50 milhões de anos até um bilhão de anos após o Big Bang. Durante este período começaram a aparecer as primeiras estrelas e galáxias, enchendo pela primeira vez o Universo escuro de luz. A chegada das primeiras estrelas e galáxias deu início a uma nova era na formação do cosmos conhecida como Época da Reionização.
Embora não tenhamos certeza de quando exatamente as primeiras estrelas começaram a brilhar, sabemos que elas devem ter se formado algum tempo depois da era da Recombinação, quando os átomos de hidrogênio e hélio se formaram (380 mil anos após o Big Bang), e antes das galáxias mais antigas conhecidas. existiu (400 milhões de anos após o big bang). A luz ultravioleta emitida pelas primeiras estrelas decompôs o gás hidrogênio neutro que preenchia o universo em íons de hidrogênio e elétrons livres, iniciando a era da Reionização e o fim da Idade das Trevas do universo. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI
A Época da Reionização, que ocorreu na Aurora Cósmica, foi um período de transição cosmológica. Começando cerca de 400 milhões de anos após o Big Bang, a luz ultravioleta das primeiras estrelas, galáxias e quasares espalhou-se por todo o cosmos, interagindo com o meio intergaláctico e retirar os elétrons dos átomos de hidrogênio primordiais do Universo em um processo conhecido como ionização. A Época da Reionização foi uma época crítica na história do Universo que marcou o fim da idade das trevas cósmica e semeou as grandes estruturas que observamos hoje no nosso Universo local.
Quasares e a Época da Reionização
Para compreender o papel exato que os quasares desempenharam durante a Época da Reionização, os astrónomos estão interessados em encontrar e estudar os quasares que povoaram esta era inicial e distante.
“As propriedades estatísticas dos quasares na Época da Reionização dizem-nos muitas coisas, tais como o progresso e a origem da reionização, a formação de buracos negros supermassivos durante a Aurora Cósmica e a evolução mais antiga das galáxias hospedeiras dos quasares,” disse Yoshiki Matsuoka. , astrônomo da Universidade Ehime, no Japão, e autor principal do artigo que descreve esses resultados, publicado no Cartas de diários astrofísicos.
Esta imagem, obtida com a Hyper Suprime-Cam do Telescópio Subaru, mostra um par de quasares em processo de fusão. As tênues manchas vermelhas chamaram a atenção dos astrônomos e a espectroscopia de acompanhamento com o telescópio Gemini Norte, metade do Observatório Internacional Gemini, que é apoiado em parte pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA e operado pela NSF NOIRLab, confirmou que esses objetos são quasares. O par é visto apenas 900 milhões de anos após o Big Bang. Este não é apenas o par de quasares em fusão mais distante já encontrado, mas também o primeiro par confirmado no período da história do Universo conhecido como Aurora Cósmica. Crédito: NOIRLab/NSF/AURA/TA Reitor (University of Alaska Anchorage/NSF NOIRLab), D. de Martin (NSF NOIRLab) e M. Zamani (NSF NOIRLab)
Revelando o Par Quasar
Cerca de 300 quasares foram descobertos na Época da Reionização, mas nenhum deles foi encontrado em pares. Isso até que Matsuoka e sua equipe estavam revisando imagens tiradas com a Hyper Suprime-Cam no Telescópio Subaru e uma tênue mancha vermelha chamou sua atenção. “Ao examinar imagens de candidatos a quasar, notei duas fontes semelhantes e extremamente vermelhas, uma ao lado da outra”, disse Matsuoka. “A descoberta foi puramente acidental.”
A equipa não tinha a certeza de que se tratasse de um par de quasares, uma vez que os candidatos a quasares distantes estão contaminados por inúmeras outras fontes, tais como estrelas e galáxias em primeiro plano e os efeitos das lentes gravitacionais. Para confirmar a natureza destes objetos, a equipe conduziu espectroscopia de acompanhamento usando a Faint Object Camera and Spectrograph (FOCAS) no Telescópio Subaru e o Gemini Near-Infrared Spectrograph (GNIRS) no Gemini North. Os espectros, que decompõem a luz emitida por uma fonte nos seus comprimentos de onda componentes, obtidos com o GNIRS foram cruciais para caracterizar a natureza do par de quasares e das suas galáxias hospedeiras.
Implicações da descoberta
“O que aprendemos com as observações do GNIRS foi que os quasares são demasiado ténues para serem detectados no infravermelho próximo, mesmo com um dos maiores telescópios no solo”, disse Matsuoka. Isto permitiu à equipa estimar que uma parte da luz detectada na gama de comprimentos de onda ópticos não vem dos próprios quasares, mas sim da formação estelar em curso que ocorre nas suas galáxias hospedeiras. A equipe também descobriu que os dois buracos negros são enormes, cada um tendo 100 milhões de vezes a massa do Sol. Isto, juntamente com a presença de uma ponte de gás que se estende entre os dois quasares, sugere que eles e as suas galáxias hospedeiras estão a sofrer uma fusão em grande escala.(1)
“A existência de quasares em fusão na Época da Reionização foi antecipada há muito tempo. Agora foi confirmado pela primeira vez”, disse Matsuoka.(2)
Perspectivas Futuras na Pesquisa Quasar
A Época da Reionização conecta a formação mais antiga da estrutura cósmica ao Universo complexo que observamos bilhões de anos depois. Ao estudar objetos distantes deste período, os astrónomos obtêm informações valiosas sobre o processo de reionização e a formação dos primeiros objetos no Universo. Mais descobertas como esta podem estar no horizonte com o Legacy Survey of Space and Time (LSST) do Observatório NSF-DOE Vera C. Rubin, com duração de uma década, começando em 2025, que está preparado para detectar milhões de quasares usando suas capacidades de imagem profunda.
Notas
- Uma companhia papel aceito para publicação no AAS Journals apresenta análises adicionais do par de quasares, a ponte de gás entre eles e suas galáxias hospedeiras usando observações feitas com o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).
- Houve candidatos, mas é difícil separá-los de imagens possivelmente obtidas por lentes gravitacionais de um único quasar. Existem também alguns candidatos a núcleos galácticos duplos ativos incorporados em galáxias individuais da Época de Reionização, mas estes têm luminosidade muito mais baixa (buraco negro atividade) do que os quasares e são dois componentes dentro de uma única galáxia, que são qualitativamente diferentes do que é descrito aqui.
Referência: “Descoberta da fusão de quasares gêmeos em z = 6,05” por Yoshiki Matsuoka, Takuma Izumi, Masafusa Onoue, Michael A. Strauss, Kazushi Iwasawa, Nobunari Kashikawa, Masayuki Akiyama, Kentaro Aoki, Junya Arita, Masatoshi Imanishi, Rikako Ishimoto, Toshihiro Kawaguchi, Kotaro Kohno, Chien-Hsiu Lee, Tohru Nagao, John D. Silverman e Yoshiki Toba, 5 de abril de 2024, As cartas do jornal astrofísico.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad35c7
A equipe é composta por Yoshiki Matsuoka (Universidade de Ehime, Japão), Takuma Izumi (Observatório Astronômico Nacional do Japão, Tóquio), Masafusa Onoue (Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo, Japão), Michael A. Strauss (Universidade de PrincetonEUA), Kazushi Iwasawa (Universitat de Barcelona Espanha), Nobunari Kashikawa (Universidade de Tóquio, Japão), Masayuki Akiyama (Universidade de Tohoku, Japão), Kentaro Aoki (Telescópio Subaru, Observatório Astronômico Nacional do Japão, EUA), Junya Arita ( Universidade de Tóquio, Japão), Masatoshi Imanishi (Observatório Astronômico Nacional do Japão, Universidade de Pós-Graduação em Estudos Avançados (SOKENDAI), Japão), Rikako Ishimoto (Universidade de Tóquio, Japão), Toshihiro Kawaguchi (Universidade da Cidade de Onomichi, Japão), Kotaro Kohno (Universidade de Tóquio, Japão), Chien-Hsiu Lee (Observatório WM Keck, EUA), Tohru Nagao (Universidade Ehime, Japão), John D. Silverman (Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo, Japão) e Yoshiki Toba (Universidade Ehime, Japão, Observatório Astronômico Nacional do Japão, Tóquio, Academia Sinica Instituto de Astronomia e Astrofísica, Taiwan)