Хаббл сфотографував подвійні квазари у галактиках, що зливаються

Зазирнувши назад на 10 мільярдів років у минуле Всесвіту за допомогою космічного телескопу “Хаббл”, астрономи виявили пару квазарів, які знаходяться настільки близько один до одного, що виглядають як єдиний об’єкт на фотографіях з наземних телескопів, але не для Хаббла. Дослідники вважають, що квазари знаходяться дуже близько один до одного, оскільки вони перебувають у ядрах двох галактик, що зливаються. Команда згодом знайшла чергову пару квазарів в іншому дуеті галактик, що зіштовхуються.

Про це розповідають в НАСА.

Квазар — це блискучий маяк інтенсивного світла з центру далекої галактики, який може перевершувати блиском всю галактику. Він приводиться в дію надмасивною чорною дірою, яка ненажерливо харчується підкачуваною матерією, вивільняючи потік випромінювання.

"Ми підрахували, що в далекому Всесвіті на кожні 1000 квазарів припадає один подвійний квазар. Тому, знайти цей подвійний квазар — все одно, що знайти голку в копиці сіна", - сказав провідний дослідник Юе Шень з Університету Іллінойсу в Урбана-Шампейн (місто в США).

Відкриття цих чотирьох квазарів пропонує новий спосіб зондування зіткнень між галактиками та злиття надмасивних чорних дір у ранньому Всесвіті, стверджують дослідники.

Квазари розкидані по всьому небу і були найпоширенішими 10 мільярдів років тому. Тоді було багато злиттів галактик, що живили чорні діри. Тому астрономи вважають, що у той час мало бути багато подвійних квазарів.

"Це насправді перший зразок подвійних квазарів у пікову епоху утворення галактик, за допомогою якого ми можемо досліджувати ідеї про те, як надмасивні чорні діри об'єднуються, щоб врешті-решт утворити бінар", - сказала член дослідницької групи Надя Закамська з Університету Джона Хопкінса в Балтіморі, штат Меріленд.

Результати команди з'явилися в онлайн-випуску журналу Nature Astronomy за 1 квітня.

Ці два знімки космічного телескопа Хаббл показують дві пари квазарів, які існували 10 мільярдів років тому і перебувають у серцях галактик, що зливаються. Кожен з чотирьох квазарів знаходиться в галактиці-господарі. Однак цих галактик не можна побачити, оскільки вони занадто тьмяні навіть для Хаббла. Квазари в кожній парі розділені відстанню лише в приблизно 10 000 світлових років — найближчі з коли-небудь бачених в цю космічну епоху. Квазари — це блискучі маяки інтенсивного світла з центрів далеких галактик, які можуть засліпити повністю свої галактики. Вони проводяться в дію надмасивними чорними дірами, що ненажерливо харчуються матерією, що падає, вивільнюючи потік випромінювання. Пара квазарів на лівому зображенні каталогізована як J0749+2255, а пара праворуч як J0841+4825. Зрештою дві пари галактик-господарів, населені кожна подвійним квазаром, зіллються. Потім квазари будуть щільно обертатись навколо один одного, поки вони врешті-решт не стануть рухатися по спіралі і не зіллються, що призведе до утворення ще більш масивної, але одиночної чорної діри. Зображення J0749+2255 було зроблено 5 січня 2020 р. Знімок J0841+4825 зроблено 30 листопада 2019 р. Обидва зображення зроблено у видимому світлі за допомогою “Ширококутної камери 3”

Шен і Закамська є членами команди, яка використовує Хаббл, космічну обсерваторію Європейського космічного агентства "Гея" та Слоанівський цифровий огляд неба, а також кілька наземних телескопів для складання надійного перепису квазарних пар у ранньому Всесвіті.

Спостереження важливі, оскільки квазар в галактичних зіткненнях відіграє важливу роль у формуванні галактик, стверджують дослідники. Коли дві близькі галактики починають гравітаційно спотворювати одна одну, їх взаємодія спрямовує матеріал у відповідні чорні діри, запалюючи їх квазари.

З часом випромінювання від цих високоінтенсивних «лампочок» запускає потужні галактичні вітри, які змітають більшу частину газу з галактик, що зливаються. Позбавлене газу, зореутворення припиняється, і галактики еволюціонують в еліптичні галактики.

"Квазари сильно впливають на формування галактик у Всесвіті", - каже Закамська. "Пошук подвійних квазарів у цю ранню епоху є важливим, оскільки тепер ми можемо перевірити наші давні уявлення про те, як чорні діри та їх галактики еволюціонують разом".

На сьогодні астрономи виявили понад 100 подвійних квазарів у галактиках, що зливаються. Однак жоден з них не настільки старий, як два подвійних квазари в цьому дослідженні.

Зображення Хаббла показують, що квазари в кожній парі знаходяться лише приблизно 10 000 світлових років один від одного. Для порівняння, наше Сонце знаходиться на відстані 26 000 світлових років від надмасивної чорної діри в центрі нашої галактики.

Зрештою пари галактик-господарів зіллються, і тоді квазари також зіллються, що призведе до утворення ще більш масивної одиночної чорної діри.

Знайти їх було непросто. Хаббл — єдиний телескоп із зором, достатньо гострим, щоб зазирнути назад у ранній Всесвіт і розрізнити два близькі квазари, які знаходяться так далеко від Землі. Однак лише одної різкої роздільної здатності Хаббла недостатньо, щоб знайти ці подвійні світлові маяки.

Астрономам спочатку потрібно було з’ясувати, куди направити Хаббл, щоб вивчити їх. Проблема полягає в тому, що небо покрито гобеленом древніх квазарів, що спалахнули 10 мільярдів років тому, лише крихітна частина з яких є подвійними. Для того, щоб сформувати групу потенційних кандидатів для спостереження Хаббла, потрібна була творча та новаторська методика, яка вимагала допомоги супутника Європейського космічного агентства Гея та наземного Слоанівського цифрового огляду неба.

Розташований в обсерваторії Апачі-Пойнт в штаті Нью-Мексико, телескоп Слоуна створює тривимірні карти об'єктів по всьому небу. Команда дослідила опитування Слоуна, щоб визначити квазари для більш пильного вивчення.

Потім дослідники залучили обсерваторію Гея, щоб допомогти визначити потенційних кандидатів на подвійні квазари. Гея дуже точно вимірює положення, відстані та рух близькорозташованих небесних об’єктів. Але команда розробила новий, інноваційний додаток для Геї, який може бути використаний для дослідження далекого Всесвіту. Вони взяли базу даних обсерваторії для пошуку квазарів, що імітують видимий рух близькорозташованих зірок. Квазари з’являються як окремі об'єкти в даних Геї. Однак Гея може підхопити тонке, несподіване "похитування" у видимому положенні деяких спостережуваних нею квазарів.

Квазари не переміщаються в просторі жодним вимірюваним способом, але натомість їхнє хитання може бути свідченням випадкових коливань світла, оскільки кожен член пари квазарів змінюється за яскравістю. Квазари мерехтять яскравістю в проміжках днів до місяців, залежно від графіка споживання їжі їхніми чорними дірами.

Ця змінна яскравість пари квазарів ніби як бачити здалеку сигнал залізничного переїзду. Оскільки вогні по обидва боки від стаціонарного сигналу поперемінно блимають, об’єкт створює ілюзію «коливання».

Коли перші чотири цілі були помічені Хабблом, його чітке бачення виявило, що дві цілі — це дві близькі пари квазарів. Дослідники заявили, що саме "момент лампочки" підтвердив їх план використання Слоуна, Геї та Хаббла для полювання на стародавні, невловимі подвійні єнергостанції.

Член команди Сінь Лю з Університету Іллінойсу в Урбана-Шампейн назвала підтвердження Хаббла "щасливим сюрпризом". Вона давно полювала на подвійні квазари ближче до Землі, використовуючи різні методики за допомогою наземних телескопів. "Нова методика може не тільки виявити подвійні квазари набагато далі, але вона набагато ефективніша, ніж методи, які ми використовували раніше", - сказала вона.

Їхня стаття у “Nature Astronomy” є "доказом концепції, яка справді демонструє, що наш цілеспрямований пошук подвійних квазарів є дуже ефективним", - сказав член команди Сянг-Чі Хванг, аспірант Університету Джона Хопкінса і головний дослідник програми "Хаббл". "Це відкриває новий напрямок, у якому ми можемо накопичити набагато більше цікавих систем для подальшого спостереження, чого астрономи не змогли зробити за допомогою попередніх методів або наборів даних".

Команда також отримала подальші спостереження за допомогою телескопів Gemini Національної оптико-інфрачервоної астрономічної дослідницької лабораторії (NOIRLab) Національного наукового фонду. "Просторово-вирішена спектроскопія Gemini однозначно може відкинути зайвих через випадкові суперпозиції з неасоційованих систем зірка-квазар, де зірка переднього плану накладається на фоновий квазар", - сказав член команди Ю-Чін Чен, аспірант Університету Іллінойсу в Урбана-Шампань.

Хоча команда впевнена у своєму результаті, вони кажуть, що є невелика ймовірність того, що Хаббла зробив подвійні зображення того самого квазара, ілюзію, спричинену гравітаційним лінзуванням. Це явище відбувається, коли гравітація масивної галактики на передньому плані розщеплює і посилює світло від фонового квазара на два дзеркальних зображення. Однак дослідники вважають, що цей сценарій малоймовірний, оскільки Хаббл не виявив жодної галактики переднього плану поблизу двох пар квазарів.

Галактичні злиття були більш поширеними мільярди років тому, але деякі з них відбуваються і сьогодні. Одним із прикладів є NGC 6240 — сусідня система галактик, що зливаються, яка має дві, а можливо, навіть три надмасивні чорні діри. Ще ближче злиття галактик відбудеться через кілька мільярдів років, коли наша галактика Чумацький Шлях зіткнеться з сусідньою галактикою Андромеда. Галактична сутичка, швидше за все, буде живити надмасивні чорні діри в ядрі кожної галактики, запалюючи їх як квазари.

Майбутні телескопи зможуть запропонувати більше розуміння цих систем, що зливаються. Космічний телескоп Джеймса Вебба НАСА — інфрачервона обсерваторія, який планується запустити пізніше в цьому році, зондуватиме галактики, що містять квазари. Вебб покаже сигнатури галактичних злиттів, таких як розподіл зоряного світла та довгі потоки газу, витягнуті з галактик, що взаємодіють.

Космічний телескоп "Хаббл" — це проект міжнародної співпраці між НАСА та Європейським космічним агентством. Керування телескопом здійснює Центр космічних польотів НАСА імені Годдарда в Грінбелті, штат Меріленд. Науковий інститут космічного телескопа (STScI) в Балтиморі, штат Меріленд, проводить наукові операції з Хабблом. STScI працює для НАСА через Асоціацію університетів з досліджень у галузі астрономії у Вашингтоні, округ Колумбія.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.