Avec l’aide du télescope Gemini North, une équipe d’astronomes a découvert une paire de quasars en fusion observés il y a seulement 900 millions d’années après le Big Bang.
Il s’agit non seulement de la paire de quasars en fusion la plus éloignée jamais découverte, mais aussi de la première paire confirmée dans la période de l’histoire de l’Univers connue sous le nom d’Aube Cosmique.
L’aube cosmique s’est étendue d’environ 50 millions d’années à un milliard d’années après le Big Bang. Au cours de cette période, les premières étoiles et galaxies ont commencé à apparaître, remplissant pour la première fois de lumière l’Univers sombre. L’arrivée des premières étoiles et galaxies a marqué le début d’une nouvelle ère dans la formation du cosmos connue sous le nom d’époque de réionisation.
L’époque de réionisation, qui a eu lieu au cours de l’aube cosmique, était une période de transition cosmologique. Environ 400 millions d’années après le Big Bang, la lumière ultraviolette des premières étoiles, galaxies et quasars s’est répandue dans tout le cosmos, interagissant avec le milieu intergalactique et dépouillant les atomes d’hydrogène primordiaux de l’Univers de leurs électrons selon un processus connu comme l’ionisation. L’époque de la réionisation a été une époque critique dans l’histoire de l’Univers qui a marqué la fin des âges sombres cosmiques et a engendré les grandes structures que nous observons aujourd’hui dans notre Univers local.
Pour comprendre le rôle exact joué par les quasars à l’époque de la réionisation, les astronomes souhaitent découvrir et étudier les quasars qui ont peuplé cette époque lointaine et lointaine. “Les propriétés statistiques des quasars à l’époque de réionisation nous disent beaucoup de choses, comme la progression et l’origine de la réionisation, la formation de trous noirs supermassifs au cours de l’aube cosmique et la première évolution des galaxies hôtes quasars. “, souligne Yoshiki Matsuok , astronome à l’Université d’Ehime au Japon et auteur principal de l’article décrivant ces résultats, publié dans « Astrophysical Journal Letters ».
Environ 300 quasars ont été découverts à l’époque de réionisation, mais aucun d’entre eux n’a été trouvé par paires. C’était jusqu’à ce que Matsuoka et son équipe examinent les images prises avec l’Hyper Suprime-Cam sur le télescope Subaru et qu’un léger point rouge attire leur attention. “En examinant des images de quasars candidats, j’ai remarqué côte à côte deux sources similaires, extrêmement rouges”, explique Matsuoka. “La découverte était purement fortuite.”
L’équipe n’était pas sûre qu’il s’agisse d’une paire de quasars, car les quasars candidats éloignés sont contaminés par de nombreuses autres sources, telles que les étoiles et les galaxies du premier plan et les effets de lentille gravitationnelle. Pour confirmer la nature de ces objets, l’équipe a effectué une spectroscopie de suivi à l’aide de la caméra et du spectrographe d’objets faibles (FOCAS) sur le télescope Subaru et du spectrographe Gemini dans le proche infrarouge (GNIRS) sur Gemini North. Les spectres obtenus avec GNIRS, qui décomposent la lumière émise par une source en longueurs d’onde qui la composent, ont été cruciaux pour caractériser la nature de la paire de quasars et de leurs galaxies hôtes.
“Ce que nous avons appris des observations du GNIRS, c’est que les quasars sont trop faibles pour être détectés dans le proche infrarouge, même avec l’un des plus grands télescopes au sol”, note Matsuoka.
Cela a permis à l’équipe d’estimer qu’une partie de la lumière détectée dans la gamme de longueurs d’onde optiques ne provient pas des quasars eux-mêmes, mais de la formation d’étoiles en cours dans leurs galaxies hôtes. L’équipe a également découvert que les deux trous noirs sont énormes, chacun ayant une masse 100 millions de fois supérieure à celle du Soleil. Ceci, ainsi que la présence d’un pont gazeux s’étendant entre les deux quasars, suggère qu’eux et leurs galaxies hôtes subissent un important phénomène. fusion à grande échelle.
“L’existence de quasars en fusion à l’époque de la réionisation était anticipée depuis longtemps. Elle a maintenant été confirmée pour la première fois”, explique Matsuoka.
L’époque de réionisation relie la première formation de structure cosmique à l’univers complexe que nous observons des milliards d’années plus tard. En étudiant des objets lointains de cette période, les astronomes obtiennent des informations précieuses sur le processus de réionisation et la formation des premiers objets de l’Univers. D’autres découvertes comme celle-ci pourraient être à l’horizon avec le Legacy Survey of Space and Time (LSST) de l’observatoire NSF-DOE Vera C. Rubin, qui durera une décennie et qui débutera en 2025, et qui devrait détecter des millions de quasars en utilisant ses capacités d’imagerie profonde.
