La recherche de quasars à z>6 est une chasse aux objets rares qui éclairent les premiers milliards d'années de l'Univers. Ils sont peu nombreux, mais les faux candidats abondent : les naines ultra-froides et les quasars à fortes raies d'absorption peuvent se faire passer pour des sources lointaines. La lentille gravitationnelle brouille encore plus les cartes en amplifiant la luminosité et en faussant les estimations des masses des trous noirs. Un quasar lentillé confirmé à z>6 n'existe qu'en un seul exemplaire : J0439+1634. Chaque nouveau candidat est précieux, mais nécessite une vérification minutieuse. Ce travail est à part : les études voisines dans les archives portent principalement sur des lentilles à plus petit z ou sur d'autres méthodes de sélection, et il n'existe presque pas d'équivalents directs à cette vérification.
Pour J0109–5424, on a utilisé le spectre JWST/NIRSpec dans le proche infrarouge (2.87–5.27 μm) de l'étude Aether. La raie Paβ a été modélisée par un profil de Lorentz, ce qui a donné un décalage vers le rouge précis et les paramètres du trou noir. Pour P170+20, on a obtenu une image HST/ACS dans le filtre F555W (en dessous de la limite de Lyman du quasar) afin de rechercher un objet en premier plan. La modélisation de la PSF avec GALFIT a vérifié le caractère ponctuel de la source. Les spectres Gemini/GMOS, Flamingos-2 et LBT/LUCI ont été combinés et comparés à des modèles de quasars et de naines brunes. On a estimé la probabilité d'une coïncidence fortuite en utilisant la densité de naines ultra-froides sur le ciel.
J0109–5424 s'est révélé être un quasar FeLoBAL à z=2.0741±0.0002. La chute brutale à 8604 Å est un mélange de raies d'absorption Mg II et de fer, et non une discontinuité de Lyman. À partir de la raie Paβ, la masse du trou noir est de 3.9×10⁸ M⊙, la luminosité bolométrique est de 7.7×10⁴⁵ erg/s, et le rapport d'Eddington est de 0.16. La vitesse d'écoulement du gaz est d'au moins 2500 km/s. P170+20 a montré une source compacte à 0.09±0.04″ du quasar, sans émission étendue. Le spectre est le mieux décrit par la somme d'un quasar à z=6.39 et d'une naine M. La probabilité d'une coïncidence fortuite est d'environ 4%, ce qui est faible mais non négligeable. La lentille n'est pas exclue, mais peu probable.
Ce travail montre que même des candidats soigneusement sélectionnés de quasars lentillés à haut z peuvent être faux. Contrairement aux études voisines qui cherchent surtout de nouvelles lentilles ou étudient des cas déjà confirmés, ici on a effectué une vérification directe de deux objets spécifiques avec JWST et HST. C'est la première démonstration que les quasars FeLoBAL peuvent imiter la discontinuité de Lyman à z>6 dans les relevés optiques. Pour P170+20, un nouveau scénario est proposé, celui d'une coïncidence fortuite avec une naine ultra-froide, ce qui n'avait pas été systématiquement envisagé auparavant.
Pour P170+20, la mesure du mouvement propre de la naine M présumée sera décisive. Si elle se trouve dans le halo de la Voie lactée à une distance d'environ 2.5 kpc, le déplacement sera de 0.2″ dans environ 9 ans. Des époques supplémentaires avec HST ou de l'optique adaptative à haute résolution permettront de séparer les composantes. Pour J0109–5424, il serait intéressant d'étudier la population de quasars FeLoBAL à z~2 qui contaminent les échantillons de quasars lointains. Le apprentissage automatique pourrait être entraîné à distinguer ces spectres des vraies discontinuités de Lyman.
Les résultats influenceront les stratégies de sélection des quasars à haut z dans les relevés actuels et futurs (Euclid, LSST). Ils affineront également les statistiques des quasars lentillés et les contraintes sur la fonction de luminosité.
Obtenir une deuxième époque d'observation de P170+20 pour rechercher un mouvement propre. Mener une modélisation détaillée des spectres de quasars FeLoBAL afin de créer des critères de rejet fiables.
Ce travail est directement lié au problème de la pureté des échantillons de quasars à haut z : comment distinguer une véritable discontinuité de Lyman des imitations. Il aborde également l'estimation des masses des trous noirs, qui peuvent être surestimées si la lentille n'est pas prise en compte. Pour P170+20, la question de la nature de la source compacte reste ouverte : une étoile ou une galaxie.
Cette section s'adresse à l'auteur du travail et à ses collègues. Les travaux voisins ont été trouvés par une recherche sémantique dans notre archive, et non par correspondance de mots. Nous n'évaluons pas : nous montrons le champ autour.
Ce que fait ce travail
Une analyse multi-longueurs d'onde a été menée sur deux candidats quasars à lentille gravitationnelle à z>6. Pour J0109–5424, la spectroscopie JWST/NIRSpec a révélé une nature FeLoBAL à z=2.07, imitant la discontinuité de Lyman. Pour P170+20, les images HST et les spectres Gemini/LBT ont montré une source ponctuelle à 0.09″, cohérente avec une coïncidence fortuite avec une naine M, sans toutefois exclure un phénomène de lentille.
Où est sa force
Ce travail souligne l'importance d'une vérification détaillée des candidats quasars à lentille à haut z, en montrant comment les quasars FeLoBAL peuvent imiter la discontinuité de Lyman, et propose un scénario de coïncidence fortuite avec une naine ultra-froide.
Vers où avancer
À essayer
Pourquoi cela peut compter
Comprendre la nature des faux candidats est crucial pour une sélection fiable des quasars à z>6 et pour estimer leur abondance, ce qui influence l'étude de l'Univers primordial et de la croissance des trous noirs supermassifs.
Travaux voisins dans notre archive
L'archive est vide autour de ce travail : l'analyse la plus proche n'est qu'à 0.54, contre 0,64 d'ordinaire. Il semble qu'on ait peu foré à côté.
Parmi les centaines de quasars connus à z>5.5, un seul est confirmé comme étant gravitationnellement lentillé : J0439+1634, avec une amplification d'un facteur 50. Et les quasars FeLoBAL sont si rouges qu'on les confond avec des objets situés aux confins de l'Univers observable.