Хаббл обнаружил сразу два двойных древних квазара

Заглянув на 10 миллиардов лет назад в прошлое Вселенной, астрономы при помощи телескопа Хаббла обнаружили пару квазаров, которые расположены так близко друг к другу, что выглядят как единый объект на наземных телескопических фотографиях, но не на четком изображении Хаббла.

Далекий дубль

Исследователи считают, что квазары очень близки друг к другу, потому что они находятся в ядрах двух сливающихся галактик. Команда выиграла «ежедневный дубль», обнаружив еще одну пару квазаров в другом дуэте сталкивающихся галактик.

Концепт - два квазара
Концепция этого художника показывает яркий свет двух квазаров, находящихся в ядрах двух галактик, находящихся в хаотическом процессе слияния. Гравитационное перетягивание каната между двумя галактиками растягивает их, образуя длинные приливные хвосты и вызывая огненную бурю рождения звезд. Квазары – это яркие маяки, излучающие интенсивный свет из центров далеких галактик. Они питаются сверхмассивными черными дырами, жадно питающимися падающей материей. Это безумие подпитки высвобождает поток радиации, который может затмить коллективный свет миллиардов звезд в родительской галактике. Через несколько десятков миллионов лет черные дыры и их галактики сольются, как и пара квазаров, образуя еще более массивную черную дыру.
Источники: НАСА, ЕКА и Дж. Олмстед (STScI).

Квазар – это яркий луч интенсивного света из центра далекой галактики, который может затмить всю галактику. Он питается от сверхмассивной черной дыры, которая жадно питается надуванием материи, высвобождая поток радиации.

«По нашим оценкам, в далекой Вселенной на каждые 1000 квазаров приходится один двойной квазар. Поэтому обнаружение этих двойных квазаров похоже на поиск иголки в стоге сена», – сказал ведущий исследователь Юэ Шен из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн.

Квазары и черные дыры

По словам исследователей, открытие этих четырех квазаров предлагает новый способ исследовать столкновения между галактиками и слияние сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной.

Квазары разбросаны по всему небу, и их было больше всего 10 миллиардов лет назад. Тогда было много слияний галактик, подпитывающих черные дыры. Поэтому астрономы предполагают, что в то время должно было быть много двойных квазаров.

«Это действительно первый образец двойных квазаров в пиковую эпоху формирования галактик, с помощью которого мы можем исследовать идеи о том, как сверхмассивные черные дыры объединяются и в конечном итоге образуют двойную систему», – сказала член исследовательской группы Надя Закамска из Университета Джона Хопкинса Балтимор, штат Мэриленд.

Две пары квазаров, которые существовали 10 миллиардов лет назад и находятся в сердцах сливающихся галактик.
Эти два изображения космического телескопа Хаббла показывают две пары квазаров, которые существовали 10 миллиардов лет назад и находятся в сердцах сливающихся галактик. Каждый из четырех квазаров находится в родительской галактике. Однако эти галактики нельзя увидеть, потому что они слишком тусклые даже для Хаббла. Квазары в каждой паре находятся всего на расстоянии около 10000 световых лет друг от друга – это самое близкое расстояние, которое когда-либо видели в эту космическую эпоху.
Пара квазаров на левом изображении каталогизирована как J0749 + 2255, а пара справа – как J0841 + 4825. Две пары родительских галактик, населенных каждым двойным квазаром, в конечном итоге сольются. Затем квазары будут вращаться вокруг друг друга, пока они в конечном итоге не срастутся по спирали, что приведет к еще более массивной, но одинокой черной дыре. Снимок для J0749 + 2255 был сделан 5 января 2020 г. Снимок J0841 + 4825 был сделан 30 ноября 2019 г. Оба изображения были сделаны в видимом свете камерой Wide Field Camera 3.
Источники: НАСА, ЕКА, Х. Хван и Н. Закамска (Университет Джона Хопкинса) и Ю. Шен (Иллинойский университет, Урбана-Шампейн).
Шен и Закамска являются членами команды, которая использует Хаббл, космическую обсерваторию Gaia Европейского космического агентства и Sloan Digital Sky Survey, а также несколько наземных телескопов для составления надежной переписи пар квазаров в ранней Вселенной.

Наблюдения важны, потому что роль квазара в галактических столкновениях играет решающую роль в формировании галактик, говорят исследователи. Когда две близкие галактики начинают гравитационно искажать друг друга, их взаимодействие направляет материал в соответствующие черные дыры, воспламеняя их квазары.

Со временем излучение этих высокоинтенсивных «лампочек» запускает мощные галактические ветры, которые уносят большую часть газа из сливающихся галактик. Без газа звездообразование прекращается, и галактики превращаются в эллиптические галактики.

Формирование галактик

«Квазары оказывают огромное влияние на формирование галактик во Вселенной, – сказала Закамска. – Обнаружение двойных квазаров в эту раннюю эпоху важно, потому что теперь мы можем проверить наши давние идеи о том, как черные дыры и их родительские галактики развиваются вместе».

На данный момент астрономы открыли более 100 двойных квазаров в сливающихся галактиках. Однако ни один из них не так стар, как два двойных квазара в этом исследовании.

Изображения Хаббла показывают, что квазары внутри каждой пары находятся на расстоянии всего около 10000 световых лет друг от друга. Для сравнения, наше Солнце находится на расстоянии 26000 световых лет от сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики.

Пары родительских галактик в конечном итоге сольются, а затем квазары также объединятся, что приведет к еще более массивной одиночной черной дыре.

Хаббл и компания

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

Астрономам сначала нужно было выяснить, куда направить Хаббл для их изучения. Проблема в том, что небо покрыто гобеленом из древних квазаров, вспыхнувших к жизни 10 миллиардов лет назад, лишь малая часть которых двойные. Потребовался творческий и новаторский метод, который потребовал помощи спутника Gaia Европейского космического агентства и наземного цифрового обзора неба Sloan Digital Sky Survey, чтобы собрать группу потенциальных кандидатов для наблюдения Хаббла.

Расположенный в обсерватории Апач-Пойнт в Нью-Мексико телескоп Sloan создает трехмерные карты объектов по всему небу. Команда тщательно изучила обзор Слоана, чтобы определить квазары, которые необходимо изучить более внимательно.

Симуляция мерцающего света пары квазаров

Эта симуляция показывает яркий мерцающий свет пары квазаров. В ходе недавнего исследования астрономы пришли к выводу, что мигающий свет является верным признаком присутствия двух квазаров, а не одного объекта. Квазары обитают в сердцах галактик. Они воспламеняются чудовищными черными дырами, жадно питающимися падающей материей, высвобождая поток радиации. Яркость света квазара колеблется в зависимости от того, сколько материала его черная дыра поглощает в данный момент. Эта пара квазаров излучает свет, потому что их галактики находятся в процессе слияния, что дает много топлива для их голодных черных дыр. Квазары кажутся близко друг к другу, потому что они тоже находятся в процессе слияния вместе со своими галактиками. Квазары были впервые идентифицированы космическим кораблем Gaia Европейского космического агентства, который измеряет небольшие изменения яркости звезд. Пара квазаров слишком далеко, чтобы Гайя могла их разрешить. Вместо этого пара выглядит как один яркий объект. Однако Гайя также измерила очевидное «покачивание» света. «Покачивание» – это сигнал независимого мерцающего света между двумя отдельными квазарами, подобный паре чередующихся огней на сигнале переезда через железную дорогу. Космический телескоп Хаббла достаточно резкий, чтобы разрешить пару квазаров, о чем астрономы подозревали по данным Gaia. подобно паре чередующихся огней на сигнале переезда. Космический телескоп Хаббла достаточно резкий, чтобы разрешить пару квазаров, о чем астрономы подозревали по данным Gaia. подобно паре чередующихся огней на сигнале переезда. Космический телескоп Хаббла достаточно резкий, чтобы разрешить пару квазаров, о чем астрономы подозревали по данным Gaia.

Затем исследователи привлекли обсерваторию Гайя, чтобы помочь определить потенциальных кандидатов в двойные квазары. Гайя очень точно измеряет положение, расстояния и движения ближайших небесных объектов. Но команда разработала новое инновационное приложение для Gaia, которое можно было использовать для исследования далекой вселенной. Они использовали базу данных обсерватории для поиска квазаров, имитирующих видимое движение близлежащих звезд. Квазары появляются как отдельные объекты в данных Gaia. Однако Гайя может уловить тонкую, неожиданную «покачку» в видимом положении некоторых наблюдаемых квазаров.

Квазары не движутся в пространстве каким-либо измеримым образом, но вместо этого их покачивание может свидетельствовать о случайных флуктуациях света, поскольку каждый член пары квазаров различается по яркости. Квазары мерцают по яркости от нескольких дней до месяцев, в зависимости от графика питания их черной дыры.

Четкое зрение Хаббла

Когда первые четыре цели были замечены с помощью телескопа Хаббл, его четкое зрение показало, что две из целей представляют собой две близкие пары квазаров. Исследователи сказали, что это был «момент лампочки», который подтвердил их план использования Слоана, Гайи и Хаббла для поиска древних, неуловимых двойных электростанций.

Член команды Синь Лю из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн назвала подтверждение телескопа Хаббла “счастливым сюрпризом”. Она давно занимается поиском двойных квазаров ближе к Земле, используя различные методы с помощью наземных телескопов.

«Новый метод может не только обнаружить двойные квазары намного дальше, но он намного более эффективен, чем методы, которые мы использовали раньше», – сказала она.

“Их статья в Nature Astronomy является «доказательством концепции, которая действительно демонстрирует, что наш целевой поиск двойных квазаров очень эффективен, – сказал член группы Сян-Чи Хван, аспирант Университета Джона Хопкинса и главный исследователь программы Хаббла. – Это открывает новое направление, в котором мы можем накопить гораздо больше интересных систем для дальнейшего изучения, чего астрономы не могли сделать с помощью предыдущих методов или наборов данных».

Учет ошибок

Команда также получила дополнительные наблюдения с помощью телескопов Gemini Национального научного фонда NOIRLab.

«Спектроскопия с пространственным разрешением Gemini может однозначно отвергать нарушителей из-за случайных суперпозиций из несвязанных систем звезда-квазар, где звезда на переднем плане случайно совпадает с фоновым квазаром», – сказал член команды Ю-Чинг Чен, аспирант Университета Иллинойса. в Урбана-Шампейн.

Хотя команда убеждена в своем результате, они говорят, что есть небольшая вероятность того, что снимки Хаббла захватили двойные изображения одного и того же квазара, иллюзию, вызванную гравитационным линзированием. Это явление происходит, когда гравитация массивной галактики на переднем плане разделяется и усиливает свет от фонового квазара на два зеркальных изображения. Однако исследователи считают, что такой сценарий маловероятен, потому что Хаббл не обнаружил никаких галактик на переднем плане рядом с двумя парами квазаров.

Галактические слияния

Галактические слияния были более многочисленными миллиарды лет назад, но некоторые из них все еще происходят сегодня. Одним из примеров является NGC 6240, соседняя система сливающихся галактик, в которой есть две и, возможно, даже три сверхмассивные черные дыры. Еще более тесное слияние галактик произойдет через несколько миллиардов лет, когда наша галактика Млечный Путь столкнется с соседней галактикой Андромеды. Галактическая борьба, вероятно, подпитывает сверхмассивные черные дыры в ядре каждой галактики, зажигая их как квазары.

Телескопы будущего могут дать больше информации об этих объединяющихся системах. Космический телескоп Джеймса Уэбба, инфракрасная обсерватория будет запущена уже в этом году. Она будет зондировать Родительские галактики квазаров. Уэбб покажет признаки слияния галактик, такие как распределение звездного света и длинные потоки газа, вытянутые из взаимодействующих галактик.

Читайте обзоры:

-->