Clic a l'imatge per engrandir. Aquesta recreació artística mostra la resplendor brillant de dos quàsars que resideixen als nuclis de dues galàxies que es troben en un caòtic procés de fusió. L'estira-i-arronsa gravitatori entre les dues galàxies desencadena una tempesta d'estrelles. Els quàsars són fars brillants de llum intensa procedents dels centres de galàxies llunyanes. Estan alimentats per forats negres supermassius que s'alimenten voraçment de la matèria que els arriba. Aquest frenesí alimentari provoca un torrent de radiació que pot eclipsar la llum col·lectiva de milers de milions d'estrelles de la galàxia amfitriona. En unes desenes de milions d'anys, els forats negres i les seves galàxies es fusionaran, igual que la parella de quàsars, i formaran un forat negre encara més massiu. Crèdit: NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI)
Un parell de galàxies en fusió encenen forats negres en curs de col·lisió
Els quàsars són un dels focs artificials més brillants de l'univers. Dispersos per tot el cel, brillen amb l'opulència de més de 100.000 milions d'estrelles. I, com una brillant flamarada aèria de la nit de cap d'any, enlluernen durant un temps relativament breu, en escales de temps còsmiques. Això és degut a que són alimentats per voraços forats negres supermassius que engoleixen una gran quantitat de gas i pols que s'escalfa a altes temperatures. Però el bufet lliure de menjar dels quàsars té una durada limitada.
Aquesta característica fugaç dels quàsars va ajudar els astrònoms a trobar dos quàsars en curs de col·lisió entre si. Estan incrustats dins d'un parell de galàxies que van xocar entre elles fa 10.000 milions d'anys. És rar trobar un duet tan dinàmic a l'Univers llunyà. Aquesta detecció ens dóna pistes sobre com era d'inestable el cosmos fa molt de temps, quan les galàxies col·lisionaven amb més freqüència i els forats negres s'omplien de restes d'aquestes topades.
Com que els dos quàsars parpellegen a ritmes diferents a mesura que el flux de combustible augmenta i disminueix, es van identificar com una activitat inusual que passa a l'espai. El Hubble va ampliar la imatge i va resoldre clarament la parella, així com les seves galàxies amfitriones.
Clic a l'imatge per engrandir. Fotografia del telescopi espacial Hubble d'un parell de quàsars que existien quan l'univers només tenia 3.000 milions d'anys. Estan incrustats dins un parell de galàxies en col·lisió. Els quàsars estan separats per menys de la mida d'una galàxia. Els quàsars s'alimenten de voraços forats negres supermassius que llancen ferotges raigs d'energia mentre s'esmollen de gas, pols i qualsevol altra cosa que caigui a les urpes gravitatòries. Els forats negres acabaran fusionant-se. Crèdits: NASA, ESA, Yu-Ching Chen (UIUC), Hsiang-Chih Hwang (IAS), Nadia Zakamska (JHU), Yue Shen (UIUC).
El telescopi espacial Hubble troba inesperadament un quàsar doble en un univers llunyà
L'Univers primitiu era un lloc esvalotat on les galàxies sovint xocaven entre si i fins i tot es fusionaven. Utilitzant el telescopi espacial Hubble de la NASA i altres observatoris espacials i terrestres, els astrònoms que investiguen aquests esdeveniments han fet un descobriment inesperat i poc comú: un parell de quàsars lligats gravitacionalment, tots dos cremant a l'interior de dues galàxies en fusió. Ja existien quan l'univers només tenia 3.000 milions d'anys.
"No veiem gaires quàsars dobles en una època tan primerenca de l'Univers. Per això aquest descobriment és tan emocionant", afirma Yu-Ching Chen, estudiant de postgrau de la Universitat d'Illinois a Urbana-Champaign i autor principal d'aquest estudi.
La recerca de quàsars binaris propers és un camp de recerca relativament nou que s'acaba de desenvolupar en els darrers 10 o 15 anys. Els nous i potents observatoris actuals han permès als astrònoms identificar casos en què dos quàsars estan actius alhora i prou a prop com per acabar fusionant-se.
Cada cop hi ha més evidències que les grans galàxies es formen mitjançant fusions. Els sistemes més petits s'uneixen per formar sistemes més grans i estructures cada cop més grans. Durant aquest procés s'haurien de formar parells de forats negres supermassius dins de les galàxies que es fusionen. "Conèixer la població progenitora de forats negres ens acabarà informant sobre l'aparició de forats negres supermassius a l'univers primitiu i sobre la freqüència que podrien tenir aquestes fusions", afirma Chen.
Clic a l'imatge per engrandir. Aquesta imatge mostra una fotografia del telescopi espacial Hubble d'un parell de quàsars que existien quan l'univers només tenia 3.000 milions d'anys. Estan incrustats dins un parell de galàxies en col·lisió. Els quàsars estan separats per menys de la mida duna sola galàxia. Els forats negres acabaran fusionant-se. Crèdits: NASA, ESA, Yu-Ching Chen (UIUC), Hsiang-Chih Hwang (IAS), Nadia Zakamska (JHU), Yue Shen (UIUC).
"Estem començant a revelar aquesta punta de l'iceberg de la població de quàsars binaris primitius", afirma Xin Liu, de la Universitat d'Illinois a Urbana-Champaign. "Aquesta és la singularitat d'aquest estudi. Ens diu realment que aquesta població existeix, i ara tenim un mètode per identificar quàsars dobles que estan separats per menys de la mida d'una sola galàxia".
Va ser com trobar una agulla en un paller que va requerir la potència combinada del telescopi espacial Hubble de la NASA i dels observatoris W.M. Keck de Hawaii. Les observacions en múltiples longituds d'ona de l'Observatori Internacional Gemini de Hawaii, el Karl G. Jansky Very Large Array de la NSF a Nou Mèxic i l'Observatori de Raigs X Chandra de la NASA també van contribuir a comprendre el duo dinàmic. A més, l'observatori espacial GAIA de l'ESA (Agència Espacial Europea) va ajudar a identificar aquest quàsar doble.
"La sensibilitat i resolució del Hubble van proporcionar imatges que ens permeten descartar altres possibilitats pel que estem veient", va dir Chen. El Hubble mostra, de manera inequívoca, que és un autèntic parell de forats negres supermassius, i no de dues imatges del mateix quàsar creades per una lent gravitacional en primer pla. A més, el Hubble mostra un fenomen de marea provocat per la fusió de dues galàxies, en què la gravetat distorsiona la forma de les galàxies formant dues cues d'estrelles.
Tot i això, la nítida resolució del Hubble per si sola no és suficient per anar a buscar aquestes balises de doble llum. Els investigadors van recórrer a GAIA, que es va llançar el 2013, per localitzar possibles candidats a quàsar doble. GAIA mesura amb gran precisió les posicions, distàncies i moviments dels objectes celestes propers. Però, gràcies a una nova tècnica, es pot utilitzar per explorar l'univers llunyà. L'enorme base de dades de GAIA es pot utilitzar per buscar quàsars que imitin el moviment aparent d'estrelles properes. Els quàsars apareixen com a objectes individuals a les dades de GAIA perquè estan molt a prop els uns dels altres. Tot i això, GAIA pot captar un "moviment" subtil i inesperat que imita un canvi aparent en la posició d'alguns dels quàsars que observa.
En realitat, els quàsars no es mouen per l'espai de manera mesurable. En canvi, el seu moviment podria ser degut a fluctuacions aleatòries de la llum, ja que la brillantor de cada membre de la parella de quàsars varia en escales de temps de dies a mesos, depenent de l'horari d'alimentació del forat negre. Aquesta alternança de brillantor entre la parella de quàsars és semblant a veure a distància el senyal d'una cruïlla de ferrocarril. Com que els llums a banda i banda del senyal fix parpellegen alternativament, el senyal dóna la il·lusió de "sacsejar-se".
Un altre problema és que, pel fet que la gravetat deforma l'espai com un mirall, una galàxia en primer pla podria dividir en dos la imatge d'un quàsar llunyà, creant la il·lusió que en realitat es tracta d'un parell binari. Es va utilitzar el telescopi Keck per assegurar-se que no hi havia cap galàxia que servís de lent entre nosaltres i el suposat quàsar doble.
Com que el Hubble treu el cap al passat llunyà, aquest quàsar doble ja no existeix. Al llarg dels 10.000 milions d'anys transcorreguts, és probable que les seves galàxies amfitriones s'hagin assentat en una galàxia el·líptica gegant, com les que es veuen avui a l'univers local. I els quàsars s'han fusionat per convertir-se en un forat negre supermassiu gegantí al seu centre. La galàxia el·líptica geganta propera, M87, té un monstruós forat negre que pesa 6.500 milions de vegades la massa del nostre Sol. Potser aquest forat negre va sorgir d'una o diverses fusions de galàxies en els darrers milers de milions d'anys.
El proper telescopi espacial Nancy Grace Roman de la NASA, amb la mateixa agudesa visual que el Hubble, és ideal per a la caça de quàsars binaris. El Hubble s'ha fet servir per prendre minuciosament dades d'objectius individuals. Però la visió infraroja de l'Univers que ofereix Roman, de gran angular, és 200 vegades més gran que la del Hubble. "Molts quàsars podrien ser sistemes binaris. El telescopi Roman pot millorar enormement aquest camp de recerca", afirma Liu.
Ho he vist aquí.
