Галактики растут и эволюционируют. В них сливаются миллиарды звезд, происходят интенсивные взрывы звездообразования, они сталкиваются с другими галактиками и питают сверхмассивные черные дыры в своих центрах, порождая квазары, настолько яркие, что они затмевают всю галактику-хозяина. Некоторые из этих галактик сливаются и превращаются в огромные эллиптические галактики, содержащие черные дыры в миллиарды раз массивнее нашего Солнца.
Недавно астрономы с помощью различных наземных и космических телескопов, включая Gemini North на Гавайях, обнаружили тесно связанный дуэт активно питающихся сверхмассивных черных дыр — квазары.
Являясь отличительной чертой слияния пары галактик, эти квазары представляют собой первое подтвержденное обнаружение пары сверхмассивных черных дыр в одной и той же галактической окрестности в эпоху космического полдня — периода бурного звездообразования, когда возраст Вселенной составлял всего 3 миллиарда лет.
Это слияние также представляет собой систему, находящуюся на грани превращения в гигантскую эллиптическую галактику.
Квазары на таком близком расстоянии никогда не наблюдались ранее
Астрономы знают, что в далекой Вселенной должно быть много пар сверхмассивных черных дыр, встроенных в сливающиеся галактики. Первые подсказки появились благодаря данным космического телескопа «Хаббл», который обнаружил пары близко расположенных ярких точек в ранней Вселенной.
Предыдущие наблюдения выявили этот тип системы на ранних стадиях слияния, когда две галактики еще можно считать отдельными образованиями.
Однако новые результаты показывают, что пара квазаров светит так близко друг к другу, на расстоянии всего 10 000 световых лет, что их первоначальные галактики-хозяева, вероятно, находятся на пути к превращению в одну гигантскую эллиптическую галактику.
Поиск пар сверхмассивных черных дыр, расположенных так близко друг к другу в эту раннюю эпоху, очень сложен. Сложность заключается в том, что большинство пар черных дыр находятся слишком близко друг к другу, чтобы их можно было различить по отдельности. Чтобы окончательно обнаружить эти системы, две сверхмассивные черные дыры должны активно расти и одновременно светить как квазары, что бывает крайне редко. По статистике, на каждые 100 сверхмассивных черных дыр только одна из них активно растет в любой момент времени.
Истинная природа системы
Чтобы проверить истинную природу системы, исследователи использовали несколько инструментов.
- Обширная база данных обсерватории Gaia ЕКА.
- Многообъектный спектрограф Gemini (GMOS) и GNIRS на телескопе Gemini North обсерватории Gemini.
- Обсерватория В. М. Кека, Очень большая решетка имени Карла Г. Янского NSF и рентгеновская обсерватория НАСА Чандра.
Данные Gaia показали, что эта система имеет явное «колебание», возможный результат спорадических изменений в активности черных дыр. GMOS и GNIRS предоставили команде независимые измерения расстояния до квазаров, подтвердив, что оба объекта являются квазарами, а не случайным выравниванием одного квазара со звездой переднего плана.
Для подтверждения этих гипотез о природе системы необходима серия телескопов, охватывающих спектр от рентгеновского до радиодиапазона. Существовала также возможность того, что это два изображения одного и того же источника, увеличенные за счет явления гравитационного линзирования.
Пока телескопы заглядывают в далекое прошлое, этой пары квазаров больше нет. За последние 10 миллиардов лет их родительские галактики, вероятно, слились в гигантскую эллиптическую галактику, подобную той, что наблюдается сегодня в локальной Вселенной. И два квазара слились, превратившись в гигантскую сверхмассивную черную дыру в центре.
Тем временем, однако, «мы начинаем раскрывать эту вершину айсберга первой популяции бинарных квазаров«, — сказал соавтор Синь Лю из Иллинойского университета в Урбане-Шампейне. В этом, собственно, и заключается уникальность данного исследования: оно утверждает, что такая популяция существует, и что есть метод ее идентификации.