En utilisant l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) au Chili, une équipe internationale d'astronomes a effectué des observations de HSC J120505.09−000027.9, le quasar rouge le plus éloigné détecté jusqu'à présent et a découvert qu'il présentait une émission prolongée de carbone ionisé. La découverte est rapportée dans un article publié le 4 janvier sur arXiv.org.

Quasars, ou objets quasi-stellaires (QSO), sont des noyaux galactiques actifs extrêmement lumineux (AGN) contenant des trous noirs centraux supermassifs avec des disques d'accrétion. Leurs décalages vers le rouge sont mesurés à partir des fortes raies spectrales qui dominent leurs spectres visible et ultraviolet. Certains QSO sont rougis par la poussière, d'où le surnom de quasars rouges. Ces objets ont une extinction des poussières non négligeable, mais ne sont pas complètement masqués.

Les astronomes sont particulièrement intéressés par l'étude des quasars à redshift élevé (à redshift supérieur à 5,0) car ce sont les objets compacts les plus lumineux et les plus distants de l'univers observable. Les spectres de ces QSO peuvent être utilisés pour estimer la masse des trous noirs supermassifs qui contraignent les modèles d'évolution et de formation des quasars. Par conséquent, Les quasars à grand décalage vers le rouge pourraient servir d'outil puissant pour sonder l'univers primitif.

Avec un décalage vers le rouge de 6,72 et avec un rougissement de la poussière au niveau de, HSC J120505.09−000027.9 (J1205−0000 en abrégé) est le quasar rouge le plus éloigné connu à ce jour et le seul quasar rouge à fort décalage vers le rouge identifié à ce jour. Des observations antérieures ont montré que le quasar présente également des raies d'absorption larges (BAL) importantes, indiquant l'existence de sorties nucléaires rapides.

Afin d'avoir plus d'informations sur ces rejets nucléaires de J1205−0000 et de mieux comprendre l'émission de cette source en général, un groupe d'astronomes dirigé par Takuma Izumi de l'Observatoire national d'astronomie du Japon a effectué des observations d'émission continue [C II] 158 µm et infrarouge lointain (FIR) vers ce quasar en utilisant ALMA.

"Nous avons observé la ligne décalée vers le rouge [C II] et l'émission continue FIR de J1205-0000 dans la bande 6 le 26 février, 2020, avec 41 antennes. Nos observations ont été réalisées en un seul pointage avec un champ de vision de 24′′ de diamètre, ", ont écrit les chercheurs dans le journal.

L'étude a révélé que l'émission C II est spatialement plus étendue (sur des échelles de plus de 16, 300 années-lumière) que l'émission du continuum FIR. La luminosité de la raie CII est au niveau de 1,9 milliard de luminosités solaires, tandis que l'émission du continuum FIR semble être plus brillante, avec une luminosité d'environ 2,7 billions de luminosités solaires.

Les valeurs de luminosité obtenues ont permis à l'équipe de calculer la limite supérieure du taux de formation d'étoiles (SFR) de la galaxie hôte de J1205−0000. Ils ont constaté que le SFR ne devrait pas dépasser 575 masses solaires par an.

L'origine de l'émission C II spatialement étendue détectée est encore incertaine. Selon les auteurs de l'article, les explications possibles incluent les galaxies compagnes/fusionnantes et les écoulements froids. Ils ont ajouté que les deux scénarios s'intègrent bien dans le scénario d'évolution des galaxies induite par la fusion.

"Si la structure étendue est due à (plusieurs) galaxies compagnes/fusionnantes, cela indique que ce quasar rouge émerge en effet avec un événement de fusion. [...] Si la structure étendue est due à des sorties froides, nous pouvons affirmer que ce quasar rouge est dans une phase de transition clé d'un starburst poussiéreux en soufflant son milieu environnant, " ont conclu les astronomes.

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