Scoperta la prima coppia di quasar che si fusero all’alba del cosmo

Le osservazioni con il telescopio Gemini North aiutano a scoprire la coppia più distante di quasar in fusione, osservata solo 900 milioni di anni dopo il Big Bang.

 

 

Con l’aiuto del potente strumento GNIRS sul telescopio Gemini North, metà dell’International Gemini Observatory, supportato in parte dalla National Science Foundation degli Stati Uniti e gestito da NSF NOIRLab, un team di astronomi ha scoperto una coppia di quasar da doppio record.

Non solo sono la coppia di quasar più distanti mai trovata, ma anche l’unica coppia confermata nell’era passata della prima formazione dell’Universo.

Fin dal primo istante dopo il Big Bang l’Universo si è espanso. Ciò significa che l’Universo primordiale era considerevolmente più piccolo e le galassie che si erano formate prima avevano maggiori probabilità di interagire e fondersi. 

Le fusioni di galassie alimentano la formazione dei quasar, nuclei galattici estremamente luminosi in cui gas e polvere che cadono in un buco nero supermassiccio centrale emettono enormi quantità di luce.

Quindi, guardando indietro all’Universo primordiale, gli astronomi si aspetterebbero di trovare numerose coppie di quasar in stretta vicinanza l’una all’altra mentre le loro galassie ospiti subiscono fusioni. Tuttavia, sono stati sorpresi di non trovarne esattamente nessuno, fino ad ora.

Gli astronomi hanno scoperto una coppia di quasar in fusione osservati solo 900 milioni di anni dopo il Big Bang.

L’alba cosmica si è estesa da circa 50 milioni di anni a un miliardo di anni dopo il Big Bang.

Durante questo periodo iniziarono ad apparire le prime stelle e galassie, riempiendo per la prima volta di luce l’Universo oscuro.

L’arrivo delle prime stelle e galassie ha dato il via a una nuova era nella formazione del cosmo nota come l’Epoca della Reionizzazione.

L’Epoca della Reionizzazione, che ebbe luogo all’interno dell’Alba Cosmica, fu un periodo di transizione cosmologica.

A partire da circa 400 milioni di anni dopo il Big Bang, la luce ultravioletta delle prime stelle, galassie e quasar si diffuse in tutto il cosmo, interagendo con il mezzo intergalattico e spogliando gli atomi di idrogeno primordiali dell’Universo dei loro elettroni in un processo noto come ionizzazione.

L’Epoca della Reionizzazione è stata un’epoca critica nella storia dell’Universo che ha segnato la fine dei secoli bui cosmici e ha seminato le grandi strutture che osserviamo oggi nel nostro Universo locale.

Per comprendere l’esatto ruolo che i quasar hanno svolto durante l’epoca della reionizzazione, gli astronomi sono interessati a trovare e studiare i quasar che popolano questa era primordiale e lontana.

“Le proprietà statistiche dei quasar nell’epoca della reionizzazione ci dicono molte cose, come il progresso e l’origine della reionizzazione, la formazione di buchi neri supermassicci durante l’alba cosmica e la prima evoluzione delle galassie ospiti dei quasar”, ha detto Yoshiki Matsuoka, astronomo presso l’Università di Ehime in Giappone e autore principale dell’articolo che descrive questi risultati. pubblicato su Astrophysical Journal Letters.

Circa 300 quasar sono stati scoperti nell’epoca della reionizzazione, ma nessuno di loro è stato trovato in coppia. Questo fino a quando Matsuoka e il suo team stavano esaminando le immagini scattate con la Hyper Suprime-Cam sul telescopio Subaru e una debole macchia rossa ha attirato la loro attenzione.

“Durante lo screening delle immagini dei candidati quasar ho notato due sorgenti simili ed estremamente rosse l’una accanto all’altra”, ha detto Matsuoka. “La scoperta è stata puramente fortuita”.

Il team non era sicuro che si trattasse di una coppia di quasar poiché i candidati quasar lontani sono contaminati da numerose altre fonti, come le stelle e le galassie in primo piano e gli effetti della lente gravitazionale.

Per confermare la natura di questi oggetti, il team ha condotto una spettroscopia di follow-up utilizzando il Faint Object Camera and Spectrograph (FOCAS) sul telescopio Subaru e il Gemini Near-Infrared Spectrograph (GNIRS) su Gemini North.

Gli spettri, che scompongono la luce emessa da una sorgente nelle lunghezze d’onda che la compongono, ottenuti con GNIRS sono stati cruciali per caratterizzare la natura della coppia di quasar e delle galassie che li ospitano.

“Quello che abbiamo imparato dalle osservazioni GNIRS è che i quasar sono troppo deboli per essere rilevati nel vicino infrarosso, anche con uno dei più grandi telescopi a terra”, ha detto Matsuoka.

Ciò ha permesso al team di stimare che una parte della luce rilevata nella gamma di lunghezze d’onda ottiche non proviene dai quasar stessi, ma dalla formazione stellare in corso nelle galassie ospiti.

Il team ha anche scoperto che i due buchi neri sono whopper, ciascuno dei quali ha una massa di 100 milioni di volte quella del Sole.

Questo, insieme alla presenza di un ponte di gas che si estende tra i due quasar, suggerisce che essi e le loro galassie ospiti stiano subendo una fusione su larga scala.

“L’esistenza di quasar che si sono fusi nell’epoca della reionizzazione è stata anticipata per molto tempo. Ora è stato confermato per la prima volta”, ha detto Matsuoka.

L’Epoca della Reionizzazione collega la prima formazione della struttura cosmica all’Universo complesso che osserviamo miliardi di anni dopo. Studiando oggetti lontani di questo periodo, gli astronomi ottengono preziose informazioni sul processo di reionizzazione e sulla formazione dei primi oggetti nell’Universo.

Altre scoperte come questa potrebbero essere all’orizzonte con il decennale Legacy Survey of Space and Time (LSST) dell’Osservatorio NSF-DOE Vera C. Rubin, a partire dal 2025, che è pronto a rilevare milioni di quasar utilizzando le sue capacità di imaging profondo.

 

 

Immagine: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick