Астрономы с помощью комплекса радиотелескопов Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) подтвердили существование тесной пары квазаров, расположенных в двух сливающихся галактиках, которые

Система, получившая обозначение J2037–4537, — одна из двух подтвержденных пар квазаров с красным смещением более 5, которые когда-либо были обнаружены.

Квазары — одни из самых ярких объектов во Вселенной. Они относятся к классу активных ядер галактик (АЯГ) — галактик, в центре которых находятся сверхмассивные черные дыры. Однако эти черные дыры не поглощают материю постоянно. В активное состояние их приводят различные механизмы. Астрономы считают, что одним из них может быть слияние галактик.

Когда галактики сталкиваются друг с другом на протяжении миллионов лет, их газ устремляется к центру, питая черные дыры и превращая их в квазары. Однако обнаружить два квазара, одновременно вспыхнувших в одной системе слияния, чрезвычайно сложно, особенно в первый миллиард лет существования Вселенной.

В 2021 году J2037–4537 был представлен как кандидат на роль близкой пары квазаров. Она состоит из двух объектов с одинаковым красным смещением z = 5,7. Однако астрономы не исключают альтернативную интерпретацию, согласно которой система может быть результатом гравитационного линзирования, то есть два объекта могут быть отдельными изображениями одного квазара, свет которого преломляется и усиливается под действием гравитации галактики на переднем плане.

В ходе нового исследования группа ученых под руководством Минхао Юэ из Аризонского университета с помощью наблюдений с высоким разрешением, сделанных с помощью телескопа ALMA, тщательно изучила систему, чтобы подтвердить ее природу.

Когда команда исследователей составила карту [CII] (ионизированного углерода) эмиссионных линий — индикаторов холодного газа, из которого формируются звезды в галактиках, — в области J2037–4537, они обнаружили, что эта эмиссия распространяется между двумя объектами. Вероятно, этот мост образовался в результате их слияния, когда взаимное гравитационное притяжение вытянуло потоки вещества из обоих объектов, сформировав приливной мост между ними.

Поскольку одиночный квазар с гравитационной линзой не создал бы такой структуры между двумя изображениями, этот результат исключал сценарий гравитационного линзирования.

"Пылевой континуум и линейные выбросы [CII] ясно показывают приливный мост между двумя квазарами", - написала команда в своей статье. С этим подтверждением J2037–4537 теперь стал одной из всего лишь двух подтвержденных пар квазаров с z > 5, когда-либо обнаруженных.

Космическая рябь

Астрономы также обнаружили, что обе галактики, в которых находятся квазары, являются массивными и активно формирующими звезды. Динамическая масса каждой из них составляет не менее 10 миллиардов солнечных масс, а скорость звездообразования превышает 500 солнечных масс в год.

Исследователи отмечают, что оценки скорости звездообразования содержат систематические погрешности, поскольку основаны на предполагаемой температуре и излучательной способности пыли, которые необходимо будет пересмотреть в ходе будущих многоволновых наблюдений.

В настоящее время две сверхмассивные черные дыры находятся на расстоянии в тысячи световых лет друг от друга и еще не сформировали двойную систему. По оценкам авторов статьи, J2037–4537 потребуется около 2,1 миллиарда лет, чтобы из пары квазаров превратиться в гравитационно связанную двойную сверхмассивную черную дыру. Таким образом, бинарная система образовалась при красном смещении около 2.

В результате слияния двух квазаров будут испускаться низкочастотные гравитационные волны, на которые чувствительны системы одновременной синхронизации пульсаров (PTA). Это особенно интересно, поскольку недавние эксперименты с использованием PTA выявили гравитационный волновой фон, который оказался сильнее, чем предсказывали модели эволюции галактик. Системы вроде J2037–4537, если они встречаются чаще, чем считалось ранее, могут помочь объяснить этот избыток.

На изображении:

Концепция художника: два квазара в процессе слияния.