Con l’aiuto del telescopio Gemini North, un team di astronomi ha scoperto una coppia di quasar in fusione osservati appena 900 milioni di anni fa dopo il Big Bang.
Questa non è solo la coppia di quasar in fusione più distante mai trovata, ma anche la prima coppia confermata nel periodo della storia dell’Universo noto come Alba Cosmica.
L’Alba Cosmica si estese 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 di luce per la prima volta l’universo oscuro. L’arrivo delle prime stelle e galassie diede inizio ad una nuova era nella formazione del cosmo conosciuta come l’Epoca della Reionizzazione.
L’Epoca della Reionizzazione, avvenuta durante l’Alba Cosmica, fu un periodo di transizione cosmologica. 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 privando gli atomi di idrogeno primordiali dell’Universo dei loro elettroni in un processo noto come la 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 svolto dai quasar durante l’epoca della reionizzazione, gli astronomi sono interessati a trovare e studiare i quasar che popolarono questa era remota. “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”, sottolinea Yoshiki Matsuok. , astronomo dell’Università di Ehime in Giappone e autore principale dell’articolo che descrive questi risultati, pubblicato su ‘Astrophysical Journal Letters’.
Durante l’epoca della reionizzazione sono stati scoperti circa 300 quasar, ma nessuno di essi è stato trovato in coppia. Questo finché Matsuoka e il suo team non stavano esaminando le immagini scattate con la Hyper Suprime-Cam sul telescopio Subaru e una debole macchia rossa attirò la loro attenzione. “Mentre esaminavo le immagini dei candidati quasar, ho notato due sorgenti simili, estremamente rosse, fianco a fianco”, dice Matsuoka “La scoperta è stata puramente fortuita”.
Il team non era sicuro che si trattasse di una coppia di quasar, dal momento che i candidati quasar distanti sono contaminati da molte 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 eseguito una spettroscopia di follow-up utilizzando la Faint Object Camera and Spectrograph (FOCAS) sul telescopio Subaru e il Gemini Near-Infrared Spectrograph (GNIRS) su Gemini North. Gli spettri ottenuti con GNIRS, che scompongono la luce emessa da una sorgente nelle sue lunghezze d’onda componenti, sono stati cruciali per caratterizzare la natura della coppia di quasar e delle galassie che li ospitano.
“Ciò che abbiamo imparato dalle osservazioni del GNIRS è che i quasar sono troppo deboli per essere rilevati nel vicino infrarosso, anche con uno dei più grandi telescopi terrestri”, osserva Matsuoka.
Ciò ha permesso al team di stimare che parte della luce rilevata nella gamma di lunghezze d’onda ottiche non proviene dai quasar stessi, ma dalla formazione stellare in corso che ha luogo nelle galassie che li ospitano. Il team ha anche scoperto che i due buchi neri sono enormi, ciascuno con una massa di 100 milioni di volte quella del Sole. Ciò, insieme alla presenza di un ponte di gas che si estende tra i due quasar, suggerisce che loro e le galassie che li ospitano stanno attraversando una grande fase. fusione su larga scala.
“L’esistenza dei quasar che si uniscono nell’epoca della Reionizzazione era stata anticipata da molto tempo. Ora è stata confermata per la prima volta”, dice Matsuoka.
L’Epoca della Reionizzazione collega la prima formazione della struttura cosmica con il complesso Universo che osserviamo miliardi di anni dopo. Studiando gli oggetti distanti 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’NSF-DOE Vera C. Rubin Observatory, che inizierà nel 2025, destinato a rilevare milioni di quasar utilizzando le sue capacità di imaging profondo.
