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.
Квазар – это яркий луч яркого света из центра далекой галактики, который может затмить всю галактику.
Он питается от сверхмассивной черной дыры, которая жадно питается раздувающейся материей, высвобождая поток радиации.
"По нашим оценкам, в далекой Вселенной на каждые 1000 квазаров приходится один двойной квазар. Так что найти эти двойные квазары – все равно что найти иголку в стоге сена », – сказал ведущий исследователь Юэ Шен из Иллинойского университета в Урбана-Шампейн.
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 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, чтобы в конечном итоге сформировать двойную систему», – сказала член исследовательской группы Надя Закамска из Университета Джонса Хопкинса.
Балтимор, Мэриленд.
Результаты команды опубликованы в онлайн-выпуске журнала Nature Astronomy от 1 апреля.
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.
«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 в каждой паре находятся на расстоянии всего около 10 000 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.
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 из 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 Хабблом.
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 для более тщательного изучения.
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 из 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.
Эта переменная яркость между парой квазаров похожа на сигнал о пересечении железной дороги на расстоянии. Поскольку огни по обе стороны от неподвижного сигнала попеременно мигают, знак создает иллюзию "покачивания"."
Когда первые четыре цели наблюдались 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 назвал 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 команды 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, которые астрономы не могли сделать с помощью предыдущих методов или наборов данных."
Команда также получила последующие 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 возникает, 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 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 сверхмассивных черных 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.
Будущие телескопы могут предложить больше информации об этих объединяющихся системах.
Космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА, инфракрасная обсерватория, запуск которой запланирован на конец этого года, будет исследовать родительские галактики квазаров. Уэбб покажет признаки слияния галактик, такие как распределение звездного света и длинные потоки газа, вытянутые из взаимодействующих галактик.
Космический телескоп Хаббла – это проект международного сотрудничества между НАСА и ЕКА (Европейское космическое агентство). Центр космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, управляет телескопом.
Научный институт космического телескопа (STScI) в Балтиморе, штат Мэриленд, проводит научные операции Хаббла. STScI управляется для НАСА Ассоциацией университетов для исследований в области астрономии в Вашингтоне, штат Дании.C.