NASA's Hubble-ruimtetelescoop "ziet dubbel". 10 miljard jaar terug in het verleden van het heelal, Hubble-astronomen hebben een paar quasars gevonden die zo dicht bij elkaar staan ​​dat ze eruitzien als een enkel object in telescopische foto's op de grond, maar niet in de scherpe blik van Hubble.

De onderzoekers denken dat de quasars heel dicht bij elkaar staan ​​omdat ze zich in de kernen van twee samensmeltende sterrenstelsels bevinden. Het team won vervolgens de "dagelijkse dubbel" door nog een quasar-paar te vinden in een ander botsend melkwegduo.

Een quasar is een schitterend baken van intens licht vanuit het centrum van een ver sterrenstelsel dat het hele sterrenstelsel kan overtreffen. Het wordt aangedreven door een superzwaar zwart gat dat zich gulzig voedt met opblazende materie, het ontketenen van een stortvloed van straling.

"We schatten dat in het verre heelal, voor elke 1, 000 quasars, er is één dubbele quasar. Dus het vinden van deze dubbele quasars is als het vinden van een speld in een hooiberg, " zei hoofdonderzoeker Yue Shen van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign.

De ontdekking van deze vier quasars biedt een nieuwe manier om botsingen tussen sterrenstelsels en het samensmelten van superzware zwarte gaten in het vroege heelal te onderzoeken, zeggen onderzoekers.

Quasars zijn verspreid over de hele hemel en kwamen 10 miljard jaar geleden het meest voor. Er waren toen veel melkwegfusies die de zwarte gaten voedden. Daarom, astronomen theoretiseren dat er in die tijd veel dubbele quasars hadden moeten zijn.

"Dit is echt het eerste monster van dubbele quasars op het hoogtepunt van de vorming van sterrenstelsels waarmee we ideeën kunnen onderzoeken over hoe superzware zwarte gaten samenkomen om uiteindelijk een dubbelster te vormen, " zei onderzoeksteamlid Nadia Zakamska van de Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland.

De resultaten van het team verschenen in het online nummer van 1 april van het tijdschrift Natuurastronomie .

Shen en Zakamska zijn leden van een team dat Hubble gebruikt, het Gaia-ruimteobservatorium van de European Space Agency, en de Sloan Digital Sky Survey, evenals verschillende telescopen op de grond, om een ​​robuuste telling van quasarparen in het vroege heelal samen te stellen.

De waarnemingen zijn belangrijk omdat de rol van een quasar bij galactische ontmoetingen een cruciale rol speelt bij de vorming van sterrenstelsels, zeggen de onderzoekers. Als twee nabije sterrenstelsels elkaar door zwaartekracht beginnen te vervormen, hun interactie leidt materiaal naar hun respectieve zwarte gaten, hun quasars ontsteken.

Overuren, straling van deze "gloeilampen" met hoge intensiteit lanceren krachtige galactische winden, die het grootste deel van het gas uit de samensmeltende sterrenstelsels wegvagen. Beroofd van gas, stervorming stopt, en de sterrenstelsels evolueren tot elliptische sterrenstelsels.

"Quasars hebben een diepgaande invloed op de vorming van sterrenstelsels in het universum, "Zei Zakamska. "Het vinden van dubbele quasars in dit vroege tijdperk is belangrijk omdat we nu onze al lang bestaande ideeën over hoe zwarte gaten en hun gastheerstelsels samen evolueren, kunnen testen."

Astronomen hebben tot nu toe meer dan 100 dubbele quasars ontdekt in samensmeltende sterrenstelsels. Echter, geen van hen is zo oud als de twee dubbele quasars in deze studie.

De Hubble-afbeeldingen laten zien dat quasars binnen elk paar slechts ongeveer 10 zijn, 000 lichtjaar van elkaar verwijderd. Ter vergelijking, onze zon is 26, 000 lichtjaar van het superzware zwarte gat in het centrum van onze melkweg.

De paren van gaststelsels zullen uiteindelijk samensmelten, en dan zullen ook de quasars samensmelten, resulterend in een nog grotere, enkel solitair zwart gat.

Het was niet gemakkelijk om ze te vinden. Hubble is de enige telescoop met een visie die scherp genoeg is om terug te kijken naar het vroege heelal en twee nabije quasars te onderscheiden die zo ver van de aarde verwijderd zijn. Echter, De scherpe resolutie van Hubble alleen is niet goed genoeg om deze dubbele lichtbakens te vinden.

Astronomen moesten eerst uitzoeken waar ze Hubble konden aanwijzen om ze te bestuderen. De uitdaging is dat de lucht is bedekt met een tapijt van oude quasars die 10 miljard jaar geleden tot leven kwamen. waarvan slechts een klein deel dubbel is. Er was een vindingrijke en innovatieve techniek voor nodig die de hulp van de Gaia-satelliet van de European Space Agency en de op de grond gebaseerde Sloan Digital Sky Survey nodig had om een ​​groep potentiële kandidaten voor Hubble samen te stellen om te observeren.

Gelegen bij Apache Point Observatory in New Mexico, de Sloan-telescoop produceert driedimensionale kaarten van objecten aan de hemel. Het team verdiepte zich in het Sloan-onderzoek om de quasars te identificeren om nader te bestuderen.

De onderzoekers schakelden vervolgens het Gaia-observatorium in om potentiële dubbele quasar-kandidaten te helpen lokaliseren. Gaia meet de posities, afstanden, en bewegingen van nabije hemellichamen zeer nauwkeurig. Maar het team bedacht een nieuwe, innovatieve applicatie voor Gaia die kan worden gebruikt voor het verkennen van het verre universum. Ze gebruikten de database van het observatorium om te zoeken naar quasars die de schijnbare beweging van nabije sterren nabootsen. De quasars verschijnen als afzonderlijke objecten in de Gaia-gegevens. Echter, Gaia kan een subtiele, onverwacht "schudden" in de schijnbare positie van enkele van de quasars die het waarneemt.

De quasars bewegen op geen enkele meetbare manier door de ruimte, maar in plaats daarvan zou hun trilling het bewijs kunnen zijn van willekeurige lichtschommelingen, aangezien elk lid van het quasarpaar in helderheid varieert. Quasars flikkeren in helderheid op tijdschalen van dagen tot maanden, afhankelijk van het voedingsschema van hun zwarte gat.

Deze wisselende helderheid tussen het quasar-paar is vergelijkbaar met het zien van een spoorwegovergangssignaal van een afstand. Terwijl de lampjes aan beide zijden van het stationaire sein afwisselend knipperen, het bord geeft de illusie van "wiebelen".

Toen de eerste vier doelen werden waargenomen met Hubble, zijn scherpe zicht onthulde dat twee van de doelen twee dicht bij elkaar staande quasars zijn. De onderzoekers zeiden dat het een "gloeilampmoment" was dat hun plan om Sloan te gebruiken bevestigde, Gaia, en Hubble om te jagen op de oude, ongrijpbare dubbele krachtpatsers.

Teamlid Xin Liu van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign noemde de Hubble-bevestiging een "gelukkige verrassing". Ze jaagt al lang op dubbele quasars dichter bij de aarde met behulp van verschillende technieken met telescopen op de grond. "De nieuwe techniek kan niet alleen dual quasars veel verder weg ontdekken, maar het is veel efficiënter dan de methoden die we eerder hebben gebruikt, " ze zei.

Hun Natuurastronomie artikel is een "proof of concept dat echt aantoont dat onze gerichte zoektocht naar dubbele quasars zeer efficiënt is, " zei teamlid Hsiang-Chih Hwang, een afgestudeerde student aan de Johns Hopkins University en de hoofdonderzoeker van het Hubble-programma. "Het opent een nieuwe richting waarin we veel interessantere systemen kunnen verzamelen om op te volgen, die astronomen niet konden doen met eerdere technieken of datasets."

Het team heeft ook vervolgwaarnemingen verkregen met de Gemini-telescopen van de National Science Foundation NOIRLab. "Gemini's ruimtelijk opgeloste spectroscopie kan indringers ondubbelzinnig afwijzen vanwege toevallige superposities van niet-geassocieerde ster-quasarsystemen, waar de voorgrondster toevallig is uitgelijnd met de achtergrondquasar, " zei teamlid Yu-Ching Chen, een afgestudeerde student aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign.

Hoewel het team overtuigd is van hun resultaat, ze zeggen dat er een kleine kans is dat de Hubble-kiekjes dubbele beelden van dezelfde quasar hebben gemaakt, een illusie veroorzaakt door zwaartekrachtlenzen. Dit fenomeen doet zich voor wanneer de zwaartekracht van een massief voorgrondstelsel zich splitst en het licht van de achtergrondquasar in twee spiegelbeelden versterkt. Echter, de onderzoekers denken dat dit scenario hoogst onwaarschijnlijk is omdat Hubble geen voorgrondstelsels in de buurt van de twee quasar-paren heeft gedetecteerd.

Galactische fusies waren miljarden jaren geleden overvloediger, maar een paar gebeuren nog steeds vandaag. Een voorbeeld is NGC 6240, een nabijgelegen systeem van samensmeltende sterrenstelsels met twee en mogelijk zelfs drie superzware zwarte gaten. Een nog nauwere galactische fusie zal over een paar miljard jaar plaatsvinden wanneer ons Melkwegstelsel in botsing komt met het naburige Andromeda-stelsel. De galactische worsteling zou waarschijnlijk de superzware zwarte gaten in de kern van elk sterrenstelsel voeden, ontsteken ze als quasars.

Toekomstige telescopen kunnen mogelijk meer inzicht bieden in deze samensmeltende systemen. NASA's James Webb-ruimtetelescoop, een infrarood-observatorium dat later dit jaar wordt gelanceerd, zal de gaststerrenstelsels van de quasars onderzoeken. Webb zal de handtekeningen tonen van galactische fusies, zoals de verspreiding van sterrenlicht en de lange slierten gas die uit de op elkaar inwerkende sterrenstelsels worden getrokken.