У жителей нашей галактики Млечный Путь, живущих через несколько миллиардов лет, небо над головой будет совершенно другим. Два блестящих объекта, каждый ярче полной Луны, заглушат звезды своим сиянием. Эти гигантские пылающие лампочки представляют собой пару квазаров, которые оживут в результате столкновения нашего Млечного Пути с соседней галактикой Андромеды.
Квазары воспламеняются чудовищными черными дырами, которые жадно питаются окружающей материей, высвобождая поток радиации. Этот дуэт будет столь же смертоносным, сколь и ослепляющим. Вспышка излучения пары квазаров может, буквально, выжигать поверхности планет, уничтожая бесчисленные внеземные цивилизации.
Этот рассказ о дуэлях квазаров, вырисовывающихся в небе, может показаться сценой из научно-фантастического фильма. Но реальная вселенная более таинтсвенна и жестока, чем вымысел. На самом деле это история, которая разыгралась между двумя парами галактик, которые существовали давным-давно и далеко. Четыре галактики, каждая из которых содержит центральный яркий квазар, находятся в процессе слияния. По мере того, как две галактики в каждой паре сближаются, их квазары тоже. Hubble запечатлел это действо, сфотографировав две пары квазаров, существовавших 10 миллиардов лет назад, в эпоху пика сближения галактик. Это открытие предлагает уникальную возможность исследовать столкновения между галактиками в ранней Вселенной, которые в противном случае могли бы остаться незамеченными. Древние квазары разбросаны по небу, поэтому найти эти динамичные дуэты огромная редкость.
Заглянув в прошлое Вселенной на 10 миллиардов лет назад, астрономы обнаружили пару квазаров, которые расположены так близко друг к другу, что выглядят как единый объект на наземных телескопических фотографиях, но не на четком изображении Hubble. Исследователи считают, что квазары очень близки друг к другу, потому что они находятся в ядрах двух сливающихся галактик.
Квазар — это яркий луч интенсивного света из центра далекой галактики, который может затмить любой известный нам объект. Он питается от сверхмассивной черной дыры, которая активно поглащает материю, высвобождая поток радиации. 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.
Результаты группы появились в онлайн-выпуске журнала Nature Astronomy.
Шен и Закамска, ведущие авторы исследования, являются членами команды, которая использует Hubble, 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. 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 Hubble показывают, что квазары внутри каждой пары находятся на расстоянии всего около 10 000 световых лет друг от друга. Для сравнения, наше Солнце находится на расстоянии 26 000 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. Hubble — единственный телескоп с достаточно "острым зрением", чтобы заглянуть в раннюю Вселенную и различить два близких квазара, которые находятся так далеко от Земли. Однако одной только качественной фотографии было недостаточно.
Астрономам сначала нужно было выяснить, куда направить Hubble 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 прямого наблюдения.
Расположенный в обсерватории Апач-Пойнт в Нью-Мексико телескоп Sloan создает трехмерные карты объектов по всему небу. Команда провела исследование Sloan, чтобы определить квазары, которые нужно изучить.
Затем исследователи привлекли обсерваторию Gaia, 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 едва уловимое неожиданное "покачивание" 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. 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 были замечены с помощью телескопа Hubble, его камеры показали, что две из целей представляют собой близкие пары квазаров.
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 от несвязанных систем звезда-квазар, где звезда на переднем плане случайно совпадает с фоновым квазаром.
Хотя команда убеждена в своем результате, они говорят, что есть небольшая вероятность того, что снимки Hubble 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 Hubble 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 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.
