Hubble dostrzega podwójne kwazary w łączących się galaktykach
Kosmiczny Teleskop Hubble’a „widzi podwójnie”. Spoglądając 10 mld lat wstecz w przeszłość Wszechświata, astronomowie znaleźli parę kwazarów, które są tak blisko siebie, że na zdjęciach z teleskopów naziemnych wyglądają, jak jeden obiekt.
Naukowcy uważają, że kwazary znajdują się bardzo blisko siebie, gdyż są w jądrach dwóch zderzających się galaktyk. Zespół wygrał „dzienny dublet”, znajdując kolejną parę kwazarów w innym zderzającym się duecie galaktyk.
Kwazar to olśniewająca latarnia intensywnego światła z centrum odległej galaktyki, która może przyćmić swym blaskiem całą galaktykę. Jest zasilany przez supermasywną czarną dziurę żarłocznie żywiącą się nadmuchiwaną materią, uwalniając promieniowanie.
Szacujemy, że w odległym Wszechświecie na każde 1000 kwazarów przypada jeden kwazar podwójny. Zatem znalezienie tych podwójnych kwazarów jest szukaniem igły w stogu siana – powiedziała główna badaczka Yue Shen z Uniwersytetu Illinois w Urbana-Champaign.
Jak twierdzą naukowcy, odkrycie tych czterech kwazarów oferuje nowy sposób na badanie zderzeń galaktyk i łączenie się supermasywnych czarnych dziur we Wszechświecie.
Kwazary rozrzucone są po całym niebie, a ich największa obfitość miała miejsce 10 mld lat temu. W tamtych czasach dochodziło do wielu złączeń galaktyk, które karmiły czarne dziury. Dlatego też astronomowie twierdzą, że w tym okresie powinno być wiele podwójnych kwazarów.
Wyniki badań zespołu ukazały się w internetowym wydaniu czasopisma Nature Astronomy z 1 kwietnia 2021 roku.
Te obserwacje są ważne, ponieważ rola kwazarów w spotykających się galaktykach odgrywa kluczową rolę w formowaniu się galaktyk, twierdzą naukowcy. Gdy dwie bliskie galaktyki zaczynają się nawzajem zniekształcać grawitacyjnie, ich wzajemne oddziaływanie kieruje materię do odpowiednich czarnych dziur, powodując zapłon kwazarów.
Z czasem promieniowanie z tych „żarówek” o dużej intensywności uruchamia potężne wiatry galaktyczne, które wymiatają większość gazu z łączących się galaktyk. Pozbawione gazu galaktyki przestają tworzyć gwiazdy i przekształcają się w galaktyki eliptyczne.
Astronomowie odkryli dotąd ponad 100 podwójnych kwazarów w łączących się galaktykach. Jednakże żaden z nich nie jest tak stary, jak podwójny kwazar z tego badania.
Zdjęcia pokazują, że kwazary w każdej parze są oddalone od siebie o zaledwie 10 000 lat świetlnych. Dla porównania, nasze Słońce znajduje się 26 000 lat świetlnych od supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej galaktyki.
Pary galaktyk-gospodarzy połączą się w końcu, a wtedy kwazary również się połączą, dając w efekcie jeszcze masywniejszą, pojedynczą, samotną czarną dziurę.
Znalezienie ich nie było łatwe. Hubble jest jedynym teleskopem o wystarczającej ostrości, aby sięgnąć do wczesnego Wszechświata i rozróżnić dwa bliskie kwazary znajdujące się daleko od Ziemi. Jednak sama ostra rozdzielczość Hubble’a nie wystarcza do znalezienia tych podwójnych latarni.
Astronomowie musieli najpierw ustalić, gdzie skierować teleskop, aby je zbadać. Wyzwanie polega na tym, że niebo pokryte jest gobelinem starożytnych kwazarów, które powstały 10 mld lat temu, a tylko niewielka ich część jest podwójna. Do zebrania grupy potencjalnych kandydatów do obserwacji przez HST potrzebna była pomysłowa i innowacyjna technika, która wymagała pomocy satelity Gaia oraz naziemnego przeglądu SDSS.
Teleskop SDSS, znajdujący się w Obserwatorium Apache Point w Nowym Meksyku, tworzy trójwymiarowe mapy obiektów na całym niebie. Zespół przejrzał dane z przeglądu SDSS, aby zidentyfikować kwazary, które należy dokładnie zbadać.
Naukowcy zwrócili się do zespołu Gaia, aby pomogli wskazać potencjalnych kandydatów na kwazary podwójne. Gaia bardzo dokładnie mierzy pozycje, odległości i ruch pobliskich obiektów niebieskich. Zespół opracował jednak nowe, innowacyjne zastosowanie dla Gai, które może być wykorzystane do badania odległego Wszechświata. Wykorzystali oni bazę danych obserwatorium do poszukiwania kwazarów, które naśladują pozorny ruch pobliskich gwiazd. Kwazary pojawiają się w danych z Gaia jako pojedyncze obiekty. Jednak Gaia może wychwycić subtelne, nieoczekiwane „drgania” w pozornym położeniu niektórych obserwowanych kwazarów.
Kwazary nie poruszają się w przestrzeni w żaden mierzalny sposób, a zamiast tego dowodem ich drgania mogą być losowe fluktuacje światła, gdy każdy z członków pary kwazarów zmienia swoją jasność. Kwazary migoczą w skali czasu od dni do miesięcy w zależności od harmonogramu żywienia ich czarnych dziur.
Członkini zespołu Xin Liu z University of Illinois at Urbana-Champaign nazwała potwierdzenie Hubble’a „radosną niespodzianką”. Od dawna polowała na podwójne kwazary bliżej Ziemi, używając różnych technik z wykorzystaniem teleskopów naziemnych. Dzięki nowej technice mogą nie tylko odkrywać podwójne kwazary znacznie dalej, ale jest ona jeszcze znacznie wydajniejsza niż metody, których naukowcy używali wcześniej.
Zespół wykonał również kolejne obserwacje za pomocą teleskopu Gemini. Spektroskopia Gemini może jednoznacznie odrzucić intruzów z powodu przypadkowej superpozycji z niepowiązanych układów gwiazda-kwazar, gdzie gwiazda pierwszego planu jest przypadkowo ustawiona w jednej linii z kwazarem tła – powiedział członek zespołu Yu-Ching Chen, student na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign.
Chociaż zespół jest przekonany o słuszności swoich wyników, twierdzi, że istnieje niewielka szansa, że na zdjęciach Hubble’a uchwycono podwójne obrazy tego samego kwazara, iluzja wywołana soczewkowaniem grawitacyjnym. Zjawisko to występuje, gdy grawitacja masywnej galaktyki pierwszego planu rozdziela i wzmacnia światło kwazara tła na dwa lustrzane obrazy. Naukowcy uważają również, że taki scenariusz jest mało prawdopodobny, ponieważ HST nie wykrył żadnych galaktyk pierwszoplanowych w pobliżu obu par kwazarów.
Procesy łączenia się galaktyk najobficiej występowały miliardy lat temu, ale kilka z nich nadal się dzieje. Jednym z przykładów jest NGC 6240, pobliski układ łączących się galaktyk, w którym znajdują się dwie, a być może nawet trzy supermasywne czarne dziury. Jeszcze bliższa galaktyczna fuzja nastąpi za kilka mld lat, gdy nasza Droga Mleczna zderzy się z sąsiednią Galaktyką Andromedy. Galaktyczne starcie prawdopodobnie nakarmi supermasywne czarne dziury w jądrze każdej z galaktyk, zapalając je jako kwazary.
Przyszłe teleskopy mogą zaoferować lepsze spojrzenie na te łączące się układy. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, obserwatorium pracujące w podczerwieni, które ma wystartować jeszcze w tym roku, będzie badać galaktyki z kwazarami. Webb pokaże ślady łączących się galaktyk, takie jak rozkład światła gwiazd i długie strumienie gazu wyrywane z oddziałujących galaktyk.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
