Euclid открыл новое окно в первые миллиард лет космической истории

Открытия телескопа Euclid резко увеличили число квазаров из ранней Вселенной

Европейский космический телескоп Euclid в ходе первых полутора лет наблюдений обнаружил значительно больше квазаров, относящихся к ранним эпохам Вселенной, чем было известно ранее, что позволяет астрономам перейти от изучения отдельных редких объектов к исследованию их популяции в целом. Ранее на протяжении десятилетий в первые семь–восемь сотен миллионов лет космической истории было известно всего несколько квазаров; теперь число подтверждённых объектов в диапазоне времени, соответствующем красным смещениям около семи и выше, более чем удвоилось.

Euclid выявил 31 кандидат в квазары, датируемых эпохой между примерно шестью и восемью сотнями миллионов лет после Большого взрыва. Последующие спектроскопические наблюдения на крупнейших наземных обсерваториях — включая обсерваторию W. M. Keck на Гавайях, телескопы Magellan в Чили и Большой бинокулярный телескоп в Аризоне — подтвердили ряд этих кандидатов как квазары и выявили два наиболее удалённых на сегодняшний день квазара с красными смещениями около 7,7 и 7,69. Эти объекты видны такими, какими они были лишь около 670 миллионов лет после раннего расширения Вселенной.

До запуска Euclid основная проблема при изучении первых сверхмассивных чёрных дыр заключалась не только в огромной удалённости объектов, но и в их малом числе — с такой «малой статистикой» было невозможно отделить общие закономерности от индивидуальных особенностей. Теперь, когда обнаружена существенно большая выборка, астрономы смогут сравнивать яркость квазаров, характеристики аккреции и свойства их хост‑галактик в качестве репрезентативной популяции. Это ключевой шаг для понимания того, как уже через короткие по космологическим меркам промежутки времени образовались и достигли огромных масс чёрные дыры, питающиеся газом и превращающиеся в квазары.

Телескоп Euclid изначально создавался для картирования крупномасштабной структуры Вселенной с целью изучения тёмной материи и тёмной энергии. Однако его сочетание широкого угла обзора и чувствительной ближней инфракрасной съёмки делает его исключительно эффективным и для поиска самых удалённых объектов. Свет от самых ранних квазаров сильно растянут расширением Вселенной и смещён в инфракрасную область, из‑за чего такие объекты плохо видны в традиционных оптических обзорах. Euclid наблюдает инфракрасные длины волн на больших участках неба и потому способен обнаруживать гораздо больше кандидатов.

Команда сначала отбирала перспективные кандидаты по видимым и инфракрасным изображениям Euclid, затем уточняла выбор с помощью методов машинного обучения и данных других обзоров, и, наконец, подтверждала природу объектов спектроскопически. В спектрах был идентифицирован так называемый «перелом Лаймана‑альфа» — резкое падение яркости, вызванное поглощением света нейтральным водородом в ранней Вселенной. Положение этой особенности по спектру позволяет оценить красное смещение и, соответственно, «возраст» наблюдаемого объекта по отношению к ранним эпохам Вселенной.

Новые открытия особенно важны ещё и потому, что многие из обнаруженных квазаров менее светимы, чем немногие ранее известные в сопоставимых красных смещениях. Ранние находки, возможно, представляли собой лишь самые яркие и крайние экземпляры; Euclid же начинает выявлять более широкий «фоновый» ансамбль квазаров, что даёт исследователям шанс восстановить более полную картину эволюции чёрных дыр и их галактик‑хозяев в первые миллиарды лет.

Квазары также служат мощными зондами для изучения так называемой эпохи реионизации, когда изначально нейтральный межгалактический водород постепенно ионизировался под воздействием излучения первых звёзд, галактик и аккрецирующих чёрных дыр. Интенсивный свет квазаров действует как далекий прожектор, проходя через межгалактическую среду и оставляя в спектрах тонкие следы поглощения газом; имея десятки таких линий обзора вместо нескольких, учёные смогут строить гораздо полнее картины того, как и когда происходила реионизация.

Работа демонстрирует, что, помимо основной задачи по изучению тёмной материи и тёмной энергии, Euclid уже превращается в универсальный инструмент для исследования далёкой Вселенной. Открытия, сделанные лишь в первой части многолетнего обзора, дают основания ожидать, что по завершении миссии телескоп обнаружит сотни дополнительных квазаров из первой миллиарда лет истории Вселенной и, возможно, заглянет ещё дальше по красному смещению. По мере роста выборки астрономы надеются наконец ответить на ключевые вопросы о том, как первые гигантские чёрные дыры формировались, быстро набирали массу и влияли своей радиацией на окружающее космическое пространство.