Хаббл сфотографировал двойные квазары в сливающихся галактиках

Заглянув обратно на 10 миллиардов лет в прошлое Вселенной с помощью космического телескопа "Хаббл", астрономы обнаружили пару квазаров, которые находятся настолько близко друг к другу, что выглядят как единый объект на фотографиях с наземных телескопов, но не для Хаббла. Исследователи считают, что квазары очень близко друг к другу, поскольку они находятся в ядрах двух сливающихся галактик. Команда впоследствии нашла очередную пару квазаров в другом дуэте сталкивающихся галактик.

Об этом рассказывают в НАСА.

Квазар — это блестящий маяк интенсивного света из центра далекой галактики, который может превосходить по блеску всю галактику. Он приводится в действие сверхмассивной черной дырой, которая ненасытно питается подкачиваемой материей, высвобождая поток излучения.

"Мы подсчитали, что в далекой Вселенной на каждые 1000 квазаров приходится один двойной квазар. Поэтому, найти этот двойной квазар — все равно, что найти иголку в стоге сена", - сказал ведущий исследователь Юэ Шэнь из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн (город в США).

Открытие этих четырех квазаров предлагает новый способ зондирования столкновений между галактиками и слияний сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной, утверждают исследователи.

Квазары разбросаны по всему небу и были наиболее распространенными 10 миллиардов лет назад. Тогда было много слияний галактик, питавших черные дыры. Поэтому астрономы считают, что в то время должно было быть много двойных квазаров.

"Это действительно первый образец двойных квазаров в пиковую эпоху образования галактик, с помощью которого мы можем исследовать идеи о том, как сверхмассивные черные дыры объединяются, чтобы в конце концов создать бинар", - сказала член исследовательской группы Надя Закамска из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд.

Результаты команды появились в онлайн-выпуске журнала Nature Astronomy за 1 апреля.

Эти два снимка космического телескопа Хаббл показывают две пары квазаров, которые существовали 10 миллиардов лет назад и находятся в сердцах сливающихся галактик. Каждый из четырех квазаров находится в галактике-хозяине. Однако эти галактики нельзя увидеть, поскольку они слишком тусклые даже для Хаббла. Квазары в каждой паре разделены расстоянием только в примерно 10 000 световых лет - ближайшие из когда-либо виденных в эту космическую эпоху. Квазары - это блестящие маяки интенсивного света из центров далеких галактик, которые могут ослепить полностью свои галактики. Они приводятся в действие сверхмассивными черными дырами, ненасытно питающимися падающей материей, освобождая поток излучения. Пара квазаров на левом изображении каталогизирована как J0749+2255, а пара справа как J0841+4825. В конце концов две пары галактик-хозяев, населенные каждая двойным квазаром, сольются. Затем квазары будут плотно вращаться вокруг друг друга, пока они в конце концов не станут двигаться по спирали и не сольются, что приведет к образованию еще более массивной, но одиночной черной дыры. Изображение J0749+2255 был сделан 5 января 2020 г. Снимок J0841+4825 сделан 30 ноября 2019 г. Оба изображения сделаны в видимом свете с помощью "Широкоугольной камеры 3".

Шен и Закамска являются членами команды, которая использует Хаббл, космическую обсерваторию Европейского космического агентства "Гея" и Слоановский цифровой небесный обзор, а также несколько наземных телескопов для составления надежной переписи квазарних пар в ранней Вселенной.

Наблюдение важны, поскольку квазар в галактических столкновениях играет важную роль в формировании галактик, утверждают исследователи. Когда две близкие галактики начинают гравитационно искривлять друг друга, их взаимодействие направляет материал в соответствующие черные дыры, зажигая их квазары.

Со временем излучения от этих высокоинтенсивных «лампочек» запускает мощные галактические ветры, которые сметают большую часть газа из сливающихся галактик. Лишенное газа, звездообразование прекращается, и галактики эволюционируют в эллиптические галактики.

"Квазары сильно влияют на формирование галактик во Вселенной", - говорит Закамска. "Поиск двойных квазаров в эту раннюю эпоху является важным, поскольку теперь мы можем проверить наши древние представления о том, как черные дыры и их галактики эволюционируют вместе".

Сегодня астрономы обнаружили более 100 двойных квазаров в сливающихся галактиках. Однако ни один из них не настолько стар, как два двойных квазара в этом исследовании.

Изображения Хаббла показывают, что квазары в каждой паре находятся только примерно 10 000 световых лет друг от друга. Для сравнения, наше Солнце находится на расстоянии 26 000 световых лет от сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики.

В конце концов пары галактик-хозяев сольются, и тогда квазары также сольются, что приведет к образованию еще более массивной одиночной черной дыры.

Найти их было непросто. Хаббл - единственный телескоп со зрением, достаточно острым, чтобы заглянуть назад в раннюю  Вселенную и различить два близких квазара, которые находятся так далеко от Земли. Однако лишь одного резкого разрешения Хаббла недостаточно, чтобы найти эти двойные световые маяки.

Астрономам сначала нужно выяснить, куда направить Хаббл, чтобы изучить их. Проблема заключается в том, что небо покрыто гобеленом древних квазаров, вспыхнувших 10 миллиардов лет назад, только крошечная часть из которых являются двойными. Для того, чтобы сформировать группу потенциальных кандидатов для наблюдения Хаббла, нужна была творческая и новаторская методика, которая требовала помощи спутника Европейского космического агентства Гея и наземного Слоановского цифрового обзора неба.

Расположенный в обсерватории Апачи-Пойнт в штате Нью-Мексико, телескоп Слоуна создает трехмерные карты объектов по всему небу. Команда исследовала опрос Слоуна, чтобы определить квазары для более пристального изучения.

Затем исследователи привлекли обсерваторию Гея, чтобы помочь определить потенциальных кандидатов на двойные квазары. Гея очень точно измеряет положение, расстояния и движение близлежащих небесных объектов. Но команда разработала новое, инновационное приложение для Геи, которое может быть использовано для исследования дальней Вселенной. Они взяли базу данных обсерватории для поиска квазаров, имитирующих видимое движение близлежащих звезд. Квазары появляются как отдельные объекты в данных Геи. Однако Гея может подхватить тонкое, неожиданное "покачивание" в видимом положении некоторых наблюдаемых ею квазаров.

Квазары не перемещаются в пространстве каким-либо измеряемым способом, но зато их качание может быть свидетельством случайных колебаний света, поскольку каждый член пары квазаров меняется по яркости. Квазары мерцают яркостью в промежутках от дней до месяцев, в зависимости от графика потребления пищи их черными дырами.

Эта переменная яркость пары квазаров это как видеть издалека сигнал железнодорожного переезда. Поскольку огни с обеих сторон от стационарного сигнала попеременно мигают, объект создает иллюзию «колебания».

Когда первые четыре цели были замечены Хабблом, его четкое видение показало, что две цели — это две близкие пары квазаров. Исследователи заявили, что именно "момент лампочки" подтвердил их план использования Слоуна, Геи и Хаббла для охоты на древние, неуловимые двойные энергостанции.

Член команды Синь Лю из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн назвала подтверждение Хаббла "счастливым сюрпризом". Она давно охотилась на двойные квазары ближе к Земле, используя различные методики с помощью наземных телескопов. "Новая методика может не только выявить двойные квазары гораздо дальше, но она гораздо эффективнее, чем методы, которые мы использовали раньше", - сказала она.

Их статья в "Nature Astronomy" является "доказательством концепции, которая действительно показывает, что наш целенаправленный поиск двойных квазаров является очень эффективным", - сказал член команды Сянг-Чи Хванг, аспирант Университета Джона Хопкинса и главный исследователь программы "Хаббл". "Это открывает новое направление, в котором мы можем накопить гораздо больше интересных систем для последующего наблюдения, чего астрономы не смогли сделать с помощью предыдущих методов или наборов данных".

Команда также получила дальнейшие наблюдения с помощью телескопов Gemini Национальной оптико-инфракрасной астрономической исследовательской лаборатории (NOIRLab) Национального научного фонда. "Пространственно-решенная спектроскопия Gemini однозначно может отбросить лишних через случайные суперпозиции из неассоциированных систем звезда-квазар, где звезда переднего плана накладывается на фоновый квазар", - сказал член команды Ю-Чин Чен, аспирант Университета Иллинойса в Урбана-Шампань.

Хотя команда уверена в своем результате, они говорят, что есть небольшая вероятность того, что Хаббла сделал двойные изображения одного и того же квазара, иллюзию, вызванную гравитационным линзированием. Это явление происходит, когда гравитация массивной галактики на переднем плане расщепляет и усиливает свет от фонового квазара на два зеркальных изображения. Однако исследователи считают, что этот сценарий маловероятен, поскольку Хаббл не выявил ни одной галактики переднего плана вблизи двух пар квазаров.

Галактические слияния были более распространенными миллиарда лет назад, но некоторые из них происходят и сегодня. Одним из примеров является NGC 6240 — соседняя система сливающихся галактик, которая имеет две, а возможно, даже три сверхмассивных черных дыры. Еще более близкое слияние галактик произойдет через несколько миллиардов лет, когда наша галактика Млечный Путь столкнется с соседней галактикой Андромеда. Галактическая схватка, скорее всего, будет питать сверхмассивные черные дыры в ядре каждой галактики, зажигая их как квазары.

Будущие телескопы смогут предложить больше понимания этих сливающихся систем. Космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА — инфракрасная обсерватория, которая планируется к запуску позже в этом году, будет зондировать галактики, содержащие квазары. Уэбб покажет сигнатуры галактических слияний, таких как распределение звездного света и длинные потоки газа, извлеченные из взаимодействующих галактик.

Космический телескоп "Хаббл" - это проект международного сотрудничества между НАСА и Европейским космическим агентством. Управление телескопом осуществляет Центр космических полетов НАСА имени Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд. Научный институт космического телескопа (STScI) в Балтиморе, штат Мэриленд, проводит научные операции с Хабблом. STScI работает для НАСА через Ассоциацию университетов по исследованиям в области астрономии в Вашингтоне, округ Колумбия.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.