El concepto del artista muestra la luz brillante de dos cuásares que habitan los núcleos de dos galaxias, que se encuentran en un caótico proceso de fusión. Tirar de la cuerda por gravedad entre dos galaxias las estira, creando largas colas de marea y encendiendo una ardiente tormenta de nacimiento de estrellas. Los quásares son maravillosos faros de luz intensa provenientes de los centros de galaxias distantes. Están alimentados por agujeros negros supermasivos que se alimentan vorazmente de la materia que cae. Este frenesí de alimentación desata un rayo de radiación que puede eclipsar la luz colectiva de miles de millones de estrellas en la galaxia anfitriona. En decenas de millones de años, los agujeros negros y sus galaxias se fusionarán, como un par de cuásares, para formar un agujero negro aún más masivo. Una secuencia similar de eventos ocurrirá en unos pocos miles de millones de años cuando nuestra Vía Láctea se fusione con la vecina galaxia de Andrómeda. Créditos de imagen: NASA, ESA y J. Olmsted (STScI)
El telescopio espacial Hubble de la NASA “ve el doble”. Mirando 10 mil millones de años hacia atrás en el pasado del universo, los astrónomos del Hubble han encontrado un par de cuásares que están tan juntos que aparecen como un solo objeto en una imagen telescópica terrestre, pero no en una imagen clara del Hubble.
Los científicos creen que los cuásares están muy cerca unos de otros porque están ubicados en los núcleos de dos galaxias fusionadas. El equipo ganó el “espejo diario” al encontrar otro par de cuásares en otro dúo de galaxias en colisión.
El quásar es un faro brillante de luz intensa procedente del centro de una galaxia distante que puede eclipsar a toda una galaxia. Es alimentado por el agujero negro supermasivo alimentándose vorazmente de la materia que sopla, liberando un rayo de radiación.
“Estimamos que hay un doble cuásar por cada 1000 cuásares en el universo distante. Entonces, encontrar estos cuásares dobles es como encontrar una aguja en un pajar ”, dijo el investigador principal Yue Shen de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
El descubrimiento de estos cuatro cuásares ofrece una nueva forma de estudiar las colisiones entre galaxias y la fusión de agujeros negros supermasivos en el universo temprano, dicen los investigadores.
Los cuásares están esparcidos por el cielo y eran más abundantes hace 10 mil millones de años. En ese entonces, había muchas fusiones de galaxias que alimentaban a los agujeros negros. Por lo tanto, los astrónomos especulan que debería haber muchos cuásares dobles en este momento.
“Esta es realmente la primera muestra de cuásares binarios en la edad pico de formación de galaxias, donde podemos probar ideas sobre cómo los agujeros negros supermasivos se unen para formar finalmente un sistema binario”, dijo Nadia Zakamska, miembro del equipo de investigación de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore. , Maryland.
Los resultados del equipo aparecieron en la edición en línea de la revista el 1 de abril. Astronomía de la naturaleza.
Shen y Zakamska son miembros de un equipo que utiliza Hubble, el observatorio espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea y Sloan Digital Sky Survey, así como varios telescopios terrestres para compilar un inventario sólido de pares de cuásares en el universo temprano.
Estas dos imágenes del Telescopio Espacial Hubble muestran dos pares de cuásares que existieron hace 10 mil millones de años y residen en los corazones de las galaxias fusionadas. Cada uno de los cuatro quásares se encuentra en la galaxia anfitriona. Sin embargo, estas galaxias no se pueden ver porque son demasiado débiles, incluso para el Hubble. Los quásares de cada par están separados por unos 10.000 años luz, lo más cercano jamás visto en esta era cósmica. Los quásares son maravillosos faros de luz intensa de los centros de galaxias distantes que pueden eclipsar galaxias enteras. Están alimentados por agujeros negros supermasivos, que se alimentan vorazmente de la materia que cae y liberan un rayo de radiación. El par de cuásares en la imagen de la izquierda está catalogado como J0749 + 2255 y el par de la derecha como J0841 + 4825. Los dos pares de galaxias progenitoras habitadas por cada cuásar binario eventualmente se fusionarán. Los quásares luego se rodearán estrechamente entre sí hasta que finalmente se junten en espiral y se fusionen para formar un agujero negro aún más masivo pero solitario. La foto J0749 + 2255 fue tomada el 5 de enero de 2020. La foto J0841 + 4825 fue tomada el 30 de noviembre de 2019. Ambas fotos fueron tomadas en luz visible con una cámara Wide Field 3. Crédito: NASA, ESA, H. Hwang y N. Zakamska (Universidad Johns Hopkins) e Y. Shen (Universidad de Illinois, Urbana-Champaign)
Las observaciones son importantes porque el papel del cuásar en los encuentros galácticos juega un papel clave en la formación de galaxias, dicen los investigadores. Cuando dos galaxias cercanas comienzan a distorsionarse gravitacionalmente entre sí, su interacción dirige el material a los agujeros negros correspondientes, encendiendo sus quásares.
Con el tiempo, la radiación de estos “bulbos” de alta intensidad libera poderosos vientos galácticos que barren la mayor parte del gas lejos de las galaxias fusionadas. Sin gas, la formación de estrellas cesa y las galaxias evolucionan hacia galaxias elípticas.
“Los quásares tienen un efecto profundo en la formación de galaxias en el universo”, dijo Zakamska. “Encontrar cuásares dobles en esta era temprana es importante porque ahora podemos probar nuestras ideas perennes sobre cómo los agujeros negros y sus galaxias anfitrionas evolucionan juntos”.
Hasta ahora, los astrónomos han descubierto más de 100 cuásares binarios en la fusión de galaxias. Sin embargo, ninguno es tan antiguo como los dos cuásares dobles de este estudio.
Las imágenes del Hubble muestran que los cuásares de cada par están separados solo por unos 10.000 años luz. En comparación, nuestro Sol está a 26.000 años luz de distancia del agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia.
Los pares de galaxias progenitoras eventualmente se fusionarán, y luego los cuásares también se fusionarán, dando como resultado un único agujero negro aún más masivo.
Encontrarlos no fue fácil. Hubble es el único telescopio cuya visión es lo suficientemente nítida como para mirar hacia atrás en el universo temprano y distinguir entre dos cuásares cercanos que están tan lejos de la Tierra. Sin embargo, la mera resolución nítida del Hubble no es suficiente para encontrar estas balizas dobles.
Los astrónomos primero tuvieron que averiguar dónde dirigir al Hubble para estudiarlos. El desafío es que el cielo está cubierto con un tapiz de cuásares antiguos que entraron en erupción hace 10 mil millones de años, de los cuales solo una pequeña fracción es el doble. Se necesitó una técnica ingeniosa e innovadora que requirió la ayuda del satélite Gaia de la Agencia Espacial Europea y el satélite terrestre Sloan Digital Sky Survey para compilar un grupo de posibles candidatos de observación del Hubble.
Ubicado en el Observatorio Apache Point en Nuevo México, el telescopio Sloan crea mapas tridimensionales de objetos en el cielo. El equipo analizó la encuesta de Sloan para identificar quásares para una mayor investigación.
Luego, los científicos reclutaron al Observatorio Gaia para ayudar a identificar candidatos potenciales para cuásares duales. Gaia mide las posiciones, distancias y movimientos de los cuerpos celestes cercanos con mucha precisión. Sin embargo, el equipo desarrolló una aplicación nueva e innovadora para Gaia que podría usarse para explorar el universo distante. Utilizaron la base de datos del observatorio para buscar quásares que imiten el movimiento aparente de estrellas cercanas. Los quásares aparecen como objetos individuales en los datos de Gaia. Sin embargo, Gaia puede detectar una “contracción” sutil e inesperada en la posición aparente de algunos cuásares observados.
Los quásares no se mueven a través del espacio de ninguna manera mensurable, sino que sus vibraciones pueden indicar fluctuaciones aleatorias en la luz, ya que cada miembro de un par de cuásares difiere en brillo. Los quásares parpadean en brillo en una escala de tiempo de días a meses, dependiendo del horario de alimentación de su agujero negro.
Este brillo variable entre un par de cuásares es similar a ver una señal de cruce de ferrocarril desde la distancia. Cuando las luces a ambos lados de la señal fija parpadean alternativamente, la señal da la ilusión de “temblar”.
Cuando se observaron los primeros cuatro objetivos con el Hubble, su imagen nítida reveló que los dos objetivos eran dos pares de cuásares cercanos. Los científicos dijeron que fue el “momento de la bombilla” lo que verificó su plan de usar a Sloan, Gaia y Hubble para cazar poderes duales antiguos y esquivos.
Xin Liu, miembro del equipo de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, calificó la confirmación del Hubble como una “sorpresa feliz”. Durante mucho tiempo ha cazado cuásares dobles más cerca de la Tierra, utilizando diversas técnicas con telescopios terrestres. “No sólo la nueva técnica podría descubrir cuásares dobles mucho más lejos, sino que es mucho más eficiente que los métodos que hemos usado antes”, dijo.
Sus Astronomía de la naturaleza el artículo es “una prueba de concepto que realmente muestra que nuestra búsqueda específica de cuásares dobles es muy eficiente”, dijo el miembro del equipo Hsiang-Chih Hwang, estudiante graduado de la Universidad Johns Hopkins e investigador principal del programa Hubble. Esto abre una nueva dirección en la que podemos reunir sistemas mucho más interesantes para futuras investigaciones que los astrónomos no han podido hacer con técnicas o conjuntos de datos anteriores.
El equipo también obtuvo observaciones de seguimiento con los telescopios NOIRLab de la Fundación Nacional de Ciencias Gemini. “La espectroscopia de Géminis espacialmente separada puede rechazar de manera inequívoca a los intrusos debido a las superposiciones aleatorias de los sistemas estrella-quásar no unidos donde la estrella en primer plano se alinea aleatoriamente con el cuásar de fondo”, dijo el miembro del equipo Yu-Ching Chen, estudiante de doctorado en la Universidad de Illinois en Urbana. -Campaña.
Si bien el equipo está convencido de su resultado, dicen que hay una pequeña posibilidad de que las fotos del Hubble capturaran imágenes duales del mismo cuásar, una ilusión causada por lentes gravitacionales. Este fenómeno ocurre cuando la gravedad de una galaxia masiva en primer plano divide y amplifica la luz del cuásar de fondo en dos imágenes especulares. Sin embargo, los científicos creen que este escenario es muy poco probable porque el Hubble no detectó galaxias en primer plano cerca de dos pares de cuásares.
Las fusiones galácticas eran más comunes hace miles de millones de años, pero algunas todavía se llevan a cabo hoy. Un ejemplo es NGC 6240, un grupo cercano de galaxias que tiene dos, y posiblemente incluso tres, agujeros negros supermasivos. Una conexión galáctica aún más cercana ocurrirá en unos pocos miles de millones de años, cuando nuestra Vía Láctea choque con la vecina galaxia de Andrómeda. La guerra galáctica probablemente alimentaría los agujeros negros supermasivos en los núcleos de cualquier galaxia, encendiéndolos como cuásares.
Los telescopios futuros pueden proporcionar una mejor comprensión de estos sistemas de interconexión. El telescopio espacial James Webb de la NASA, un observatorio de infrarrojos que se lanzará a finales de este año, estudiará las galaxias anfitrionas del cuásar. Webb mostrará firmas de conexiones galácticas, como la distribución de la luz de las estrellas y los largos chorros de gas extraídos de las galaxias que interactúan.
Proporcionado por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA