Рентгеновский квазар на краю Вселенной

7 Окт 2016

Один из самых далеких рентгеновских квазаров был обнаружен с помощью нового спектрографа АДАМ на 1,6-метровом телескопе АЗТ-33ИК Саянской солнечной обсерватории. Источник 3XMM J125329.4+305539 находится на красном смещении 5,08, а значит, его свет возник во Вселенной спустя всего лишь миллиард с небольшим лет после Большого взрыва.

Открытие было сделано в рамках более обширной работы — составления каталога рентгеновских квазаров по данным орбитальных и наземных обсерваторий. Интересно, что пока известно лишь несколько рентгеновских квазаров на таком расстоянии, и открытый источник стал одним из немногих, обнаруженных именно по его излучению в рентгеновском диапазоне.

Обычно для того, чтобы измерить оптические спектры таких объектов, требуются большие телескопы с зеркалами диаметром 6–10 м. Поэтому открытие такого квазара на телескопе с диаметром зеркала 1,6 м на практике подтвердило ожидания астрофизиков из Института космических исследований РАН и Саянской солнечной обсерватории относительно прекрасных характеристик нового спектрографа.

Статья с результатами работы принята к публикации в «Письмах в Астрономический журнал».

1,6-местровый телескоп АЗТ-33ИК Саянской солнечной обсерватории с установленным спектрографом АДАМ Квазар (производное от «квазизвездный объект») — это очень далекая галактика, в центре которой находится сверхмассивная черная дыра в стадии активной аккреции окружающего вещества. Чем интенсивнее идут процессы аккреции, тем ярче квазар, то есть тем больше фотонов он излучает.

Квазары расположены так далеко от нас, что мы видим свет, который был испущен ими в то время, когда возраст Вселенной был всего около нескольких миллиардов лет. Поэтому по их наблюдаемым свойствам можно изучать процессы, которые происходили в очень ранней Вселенной. 

Для этого требуются, в частности, большие выборки квазаров, обнаруженных по их излучению в рентгеновском диапазоне. До сих пор таких квазаров известно очень немного и расположены они на небольших площадках на небе — самый большой каталог содержит 209 источников, обнаруженных в обзоре космического телескопа Chandra (НАСА) на участке неба площадью всего около 30 квадратных градусов.

Группа астрофизиков из Института космических исследований предлагает существенно расширить эту выборку, используя данные рентгеновского телескопа XMM-Newton, а также оптические данные Слоановского обзора (SDSS) и обзора всего неба WISE (инфракрасный диапазон) — они нужны, чтобы среди сотен тысяч рентгеновских источников выделить именно далекие квазары. «В совокупности эти данные покрывают области неба площадью около 300 квадратных градусов. Если при этом обнаруживаются новые объекты — кандидаты в квазары, то их природу и расстояние до них можно проверить уже с помощью специальных оптических спектрометрических наблюдений,» — поясняет Георгий Хорунжев, младший научный сотрудник отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН и первый автор работы.

В итоге такой работы удалось получить самую большую на сегодня выборку рентгеновских квазаров и кандидатов в квазары — в каталог вошли 903 источника, из них более 350 новых кандидатов, для которых были определены красные смещения. 

«Чтобы убедиться, что метод даёт достоверные результаты — то есть, что обнаруженные объекты действительно являются квазарами, мы провели спектроскопическую проверку выбранных источников, около двух десятков, на телескопах АЗТ-33ИК и БТА, — говорит Сергей Сазонов, заведующий сектором отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН. — И один из них, источник 3XMM J125329.4+305539, оказался очень далеким — он расположен на красном смещении 5,08, это соответствует возрасту Вселенной чуть более одного миллиарда лет. Это не самый далекий квазар, известный в настоящее время, но он, по-видимому, — один из самых далеких из тех, которые были обнаружены по излучению именно в рентгеновском диапазоне».

Эта работа была выполнена при помощи нового спектрографа видимого и близкого инфракрасного диапазона АДАМ, который был установлен недавно на 1,6-метровом телескопе АЗТ-33ИК Саянской обсерватории. Этот прибор — результат совместной работы трех институтов Российской академии наук. Основные идеи и научные задачи прибора были сформулированы в ИКИ РАН, разработан и изготовлен он был в Специальной астрофизической обсерватории РАН, и установлен на телескопе АЗТ-33ИК сотрудниками Института солнечно-земной физики СО РАН.

«Спектрограф изготовлен в САО РАН по заказу ИКИ РАН для наблюдений источников рентгеновского излучения, которые будут обнаружены в обзоре всего неба космической обсерватории «Спектр-Рентген-Гамма» (СРГ), — объясняет Родион Буренин, старший научный сотрудник отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН. — Задача состояла в том, чтобы сделать прибор «максимально прозрачным» — это означает, что мы должны были терять за время прохождения луча через линзы как можно меньше света. Таким образом, за заданное время экспозиции мы регистрируем максимально возможное количество фотонов, так что даже на небольшом 1,6-метровом телескопе мы можем получать соответствующие спектры довольно слабых объектов, до 20–21 звездной величины. Наши ожидания замечательно подтверждаются недавним наблюдением рентгеновского квазара на красном смещении z=5,08. То, что характеристики нового спектрографа действительно являются выдающимися, видно уже из того, что обычно спектроскопические наблюдения таких слабых объектов проводятся на больших телескопах, с диаметром главного зеркала 6-10 метров».

Полученные результаты свидетельствуют, что уже сейчас, используя накопленные данные, можно значительно увеличить число известных рентгеновских квазаров. А в будущем, с запуском обсерватории СРГ, которая должна провести обзор всего неба в рентгене, это позволит обнаружить все наиболее яркие квазары в наблюдаемой части Вселенной.

Спектры квазара J125329+305539 на красном смещении 5.08. Слева — измеренный спектрографом АДАМ (АЗТ-33ИК), справа — измеренный на телескопе БТА (САО РАН). По горизонтали — длина волны. Пик, обозначенный стрелкой, — полоса излучения водорода, так называемая линия Лайман-альфа. В лабораторных условиях она находится в ультрафиолетовой области спектра, но из-за большого удаления объекта и красного смещения сместилась в видимую часть спектра

Спектры квазара J125329+305539 на красном смещении 5.08. Слева — измеренный спектрографом АДАМ (АЗТ-33ИК, Саянская солнечная обсерватория), справа — измеренный на телескопе БТА (САО РАН). По горизонтали — длина волны. Пик, обозначенный стрелкой, — полоса излучения водорода, так называемая линия Лайман-альфа. В лабораторных условиях она находится в ультрафиолетовой области спектра, но из-за большого удаления объекта и красного смещения сместилась в видимую часть спектра. Излучение левее линии Лайман-альфа почти полностью поглощено облаками  молекулярного водорода — в отличие от сегодняшнего времени, на ранних стадиях эволюции Вселенной водород не был ионизован

Дополнительная информация: