W poszukiwaniu kwazarów

Astronomowie stworzyli największą jak dotąd kosmiczną mapę 3D kwazarów, czyli jasnych i aktywnych centrów galaktyk zasilanych przez supermasywne czarne dziury. Mapa przedstawia lokalizację około 1,3 miliona kwazarów w przestrzeni i czasie, przy czym najdalsze z nich świeciły jasno, gdy Wszechświat miał zaledwie 1,5 miliarda lat.

20.03.2024Opublikował: AS

Nowa mapa została wykonana przy użyciu danych z teleskopu kosmicznego ESA Gaia. Głównym celem teleskopu jest mapowanie gwiazd w naszej galaktyce i wykonywanie precyzyjnych pomiarów astrometrycznych. Gaia porusza się po orbicie Lissajous wokół punktu Lagrange’a L2, dzięki czemu Ziemia nigdy nie zasłania Słońca. W procesie skanowania nieba sonda dostrzega również obiekty poza Drogą Mleczną, takie jak kwazary i inne galaktyki.

Nazwa kwazar (z ang. quasar – quasi-stellar radio source lub quasi-stellar object) oznacza obiekt gwiazdopodobny emitujący fale radiowe. W rzeczywistości to źródło ciągłego promieniowania elektromagnetycznego o ogromnej mocy, pozornie przypominające gwiazdę. Kwazary są zasilane przez supermasywne czarne dziury znajdujące się w centrach galaktyk i mogą być setki razy jaśniejsze niż cała galaktyka. Gdy przyciąganie grawitacyjne czarnej dziury powoduje wirowanie pobliskiego gazu, proces ten generuje niezwykle jasny dysk, a czasami wystrzelające strumienie światła, które mogą być obserwowane przez teleskopy.

Galaktyki mające kwazary znajdują się wewnątrz masywnych obłoków niewidocznej ciemnej materii. Rozkład ciemnej materii daje wgląd w to, ile ciemnej materii znajduje się we Wszechświecie i jak silne są jej skupiska. Astronomowie porównują pomiary w czasie kosmicznym, aby przetestować obecny model składu i ewolucji Wszechświata.

Ewolucja kwazarów i ich galaktyk macierzystych są ze sobą powiązane – dają wgląd w rozwój supermasywnych czarnych dziur, a także w formowanie się masywnych galaktyk. Badania rozkładu kwazarów we Wszechświecie można również wykorzystać do zrozumienia ewolucji czarnych dziur. Kwazary mogą być również wykorzystywane jako źródła promieniowania dla takich zjawisk kosmicznych, jak soczewki grawitacyjne.

Ponieważ kwazary są tak jasne, astronomowie wykorzystują je do mapowania ciemnej materii w bardzo odległym Wszechświecie i wypełniania osi czasu ewolucji kosmosu. Naukowcom udało się już porównać nową mapę kwazarów z kosmicznym promieniowaniem mikrofalowym tła, czyli najstarszym światłem we Wszechświecie. Gdy światło to dociera do Ziemi, jest zakrzywiane przez sieć ciemnej materii – tę samą sieć, która została zmapowana przez kwazary – a porównując je, naukowcy mogą zmierzyć, jak silnie materia skupia się na poszczególnych etapach ewolucji Wszechświata.

Mapa kwazarów została wykonana przez Kate Storey-Fisher z Donostia International Physics Center w Hiszpanii i New York University w USA oraz jej współpracowników i opublikowana w „Astrophysical Journal”. W opracowanej mapie wykorzystano dane z trzeciego pakietu danych Gaia, które zawierały 6,6 miliona kandydatów na kwazary, a także dane z Wide-Field Infrared Survey Explorer (WISE) NASA i Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Połączenie zestawów danych pomogło oczyścić oryginalny pakiet danych Gaia z zanieczyszczeń, takich jak gwiazdy i galaktyki, oraz lepiej określić odległości do kwazarów. Zespół stworzył również mapę miejsc, w których oczekuje się, że pył, gwiazdy i inne zjawiska będą blokować nasz widok niektórych kwazarów, co ma kluczowe znaczenie dla interpretacji mapy kwazarów.

Opracowana na podstawie
Gaia maps largest ever collection of quasars in space and time (ESA Standard Licence)
Quaia, the Gaia-unWISE Quasar Catalog: An All-sky Spectroscopic Quasar Sampl