Квазары — настоящие маяки Вселенной, одни из самых ярких существующих объектов. Это активные ядра молодых галактик, в которых сверхмассивные чёрные дыры активно поглощают очень больше количество материи. Раскалённый до колоссальных температур аккреционный диск из падающего в чёрную дыру вещества светится ярче, чем вся остальная галактика. Квазары были широко распространены в первые миллиарды лет существования Вселенной, когда формирующиеся галактики были полны материала, питавшего сверхмассивные чёрные дыры. Со временем эти запасы истощались, а квазар угасал.
Поскольку галактики в ранней Вселенной располагались друг к другу ближе, то чаще происходили и их слияния. При этом сверхмассивные чёрные дыры в их центрах какое-то время обращались друг вокруг друга по орбитам, испуская гравитационные волны и постепенно приближаясь друг к другу, пока в конце концов не сливались в одну, ещё большего размера. Астрофизики стремятся понять, как сверхмассивные чёрные дыры в молодой Вселенной могли быстро набирать огромную массу. Для этого учёным нужно оценить, насколько в те времена были распространены двойные квазары. Расстояние между сверхмассивными чёрными дырами в таких системах составляет всего несколько тысяч световых лет.
Согласно современным представлениям, на каждую тысячу квазаров приходится один двойной квазар. Астрономам уже удавалось случайно обнаруживать относительно близкие к нам двойные квазары. По меткому сравнению учёных, это сродни поиску иголки в стоге сена. Более же отдалённые двойные квазары из ранней Вселенной до сих пор обнаружить не удавалось — слишком малы для большинства телескопов оказывались угловые расстояния между двумя квазарами в системе.
Космический телескоп Hubble обладает достаточной разрешающей способностью, чтобы различить двойные квазары, которые существовали, когда Вселенной было всего 3 миллиарда лет. Однако его поле зрение мало, поэтому он может изучать по одному объекту за раз. Тратить ценное наблюдательное время, чтобы из тысячи квазаров найти единственный двойной, неразумно. Поэтому команда астрономов из США и Японии разработали методику, которая позволяет подобрать потенциальные кандидаты в двойные квазары, чтобы потом пронаблюдать их на Hubble.
С помощью данных наблюдений телескопа Gaia и Слоановского цифрового обзора неба астрономы наблюдали за астрометрическим «дрожанием» изображений примерно 11 тысяч далёких квазаров — то есть тем, что считалось шумом в астрометрических данных. Те из них, у которых это «дрожание» оказалось выше, чем у остальных, и становились кандидатами в двойные.
Астрономы нашли 15 таких объектов и изучили четыре на Hubble. В результате два их них на самом деле оказались физически связанными двойными квазарами, либо изображениями одного квазара, которые стали двойными из-за прохождения через гравитационные линзы. Хотя у разных компонент двойных квазаров оказались немного отличающиеся спектры, учёные осторожны и не исключают вероятность гравитационного линзирования. Они оценивают её примерно в 5%.
Если это в самом деле двойные квазары из ранней Вселенной, то расстояние между сверхмассивными чёрными дырами в них составляет около 10 тысяч световых лет, что примерно в 3 раза меньше, чем расстояние от Солнца до центра Млечного Пути. Можно только представлять, как выглядит это зрелище: два ярчайших источника света в бушующей буре облаков газа сталкивающихся хаотичных галактик.
Методика, которую разработали авторы исследования, окажется весьма полезной для поисков двойных квазаров в будущем. На Hubble ещё предстоит изучить оставшиеся 11 объектов из выборки. С вводом в строй космического телескопа James Webb астрономы смогут находить ещё более отдалённые и ранние двойные квазары.
Автор:
Дмитрий Логинов
Источник:
https://www.nature.com/articles/s41550-021-01323-1
