Когда две галактики сталкиваются, квазары загораются парой

Астрономы уже давно подозревали, что слияния галактик способны зажигать самые яркие объекты во Вселенной — квазары. Но одно дело догадываться, и совсем другое — увидеть две такие вспышки одновременно в одной космической катастрофе. Учёные, работающие с массивом радиотелескопов ALMA в Чили, наконец подтвердили существование редчайшей пары квазаров в момент, когда их галактики только начинали сливаться. Это случилось, когда возраст Вселенной не достигал и миллиарда лет. Объект с длинным названием J2037–4537 стал всего лишь второй подтверждённой парой квазаров на таком огромном расстоянии. Результаты исследования опубликованы на сервере препринтов arXiv.

 

Чем квазары отличаются от обычных галактик

Квазары — это не просто яркие точки. Это ядра галактик, в центре которых находится сверхмассивная чёрная дыра. Она пожирает окружающее вещество, разогревает его до миллионов градусов и выбрасывает в космос колоссальное излучение. В обычной галактике чёрная дыра спит: ей не хватает «еды». Но когда две галактики сталкиваются, гравитация начинает перемешивать газ и пыль. Потоки вещества устремляются к центру, чёрные дыры просыпаются и вспыхивают квазарами. Этот процесс длится миллионы лет, но увидеть, как обе чёрные дыры светят одновременно на заре Вселенной, астрономам удаётся крайне редко.

 

Почему учёные сомневались: обман зрения или реальность?

Систему J2037–4537 впервые заподозрили в парности ещё в 2021 году. Два объекта имели одинаковое красное смещение 5,7 — это значит, что они находятся на одном расстоянии. Но тут есть одна хитрость. Гравитация массивной галактики, расположенной между ними и Землёй, может искажать свет. Она работает как гигантская линза: вместо одного квазара мы видим два или даже три его изображения, разбросанных по небу. Именно эту возможность и нужно было проверить. Если бы система оказалась результатом гравитационного линзирования, то между ложными изображениями не было бы вещественной связи. Нужен был решающий довод — и его нашли при помощи ALMA.

 

Как выглядит мостик между двумя квазарами

Команда астрономов под руководством Минхао Юэ из Аризонского университета провела наблюдения в высоком разрешении. Они следили за излучением ионизированного углерода — он служит маркером холодного газа, из которого рождаются звёзды. И вот что выяснилось: газ не просто сидит по отдельности у каждого квазара. Он протянулся между ними тонким мостом. Такая структура могла возникнуть только в одном случае: галактики уже начали притягивать друг друга, вытягивая из своих соседей потоки вещества. Если бы свет просто раздвоился гравитационной линзой, никакого моста между изображениями не появилось бы. Учёные прямо написали: «Излучение от пыли и линия [CII] чётко показывают приливной мост между двумя квазарами». Сомнения отпали.

 

Космические заводы по производству звёзд

Подтверждение парности — это только начало. Изучив динамику газа, астрономы оценили массу каждой из галактик. Она оказалась не меньше десяти миллиардов масс Солнца. И обе галактики активно штампуют новые звёзды: каждый год там появляется больше 500 солнечных масс нового вещества. Для сравнения, наш Млечный Путь рождает всего около одной–трёх солнечных масс в год. Такая интенсивность — прямое следствие слияния: ударные волны сжимают газ, запуская бурное звездообразование. Правда, учёные осторожно отмечают, что точная скорость звездообразования зависит от принятых моделей температуры пыли. Будущие наблюдения в других диапазонах помогут уточнить цифры.

• Каждая галактика-хозяин весит не менее 10 млрд солнечных масс;
• Скорость звездообразования превышает 500 солнечных масс в год;
• Чёрные дыры разделены тысячами световых лет и пока не образуют двойную систему.

 

Когда квазары станут единым целым

Сейчас расстояние между двумя сверхмассивными чёрными дырами слишком велико, чтобы считать их гравитационно связанной парой. Авторы исследования рассчитали: пройдёт примерно 2,1 миллиарда лет, прежде чем квазары сблизятся настолько, что превратятся в настоящую двойную чёрную дыру. Этот момент придётся на эпоху, когда красное смещение Вселенной снизится примерно до 2. Тогда-то и начнётся финальный этап слияния. Оно породит мощнейшие гравитационные волны с очень низкой частотой. Такие волны как раз ловят специальные установки — Пульсарные тайминговые массивы (PTA). И тут возникает интересное совпадение. Недавние эксперименты PTA обнаружили фоновый шум гравитационных волн, который оказался сильнее, чем предсказывали модели эволюции галактик. Если пары квазаров вроде J2037–4537 встречаются чаще, чем считалось раньше, они могут объяснить этот избыток.

1. Слияние галактик запускает звездообразование и питает чёрные дыры;
2. Два квазара светят одновременно около 2 млрд лет;
3. Их финальное слияние порождает гравитационные волны, доступные для наблюдения.

 

Это открытие делает J2037–4537 уникальным полигоном для проверки теорий роста галактик и чёрных дыр. Теперь, когда загадка подтверждена, у астрономов появилась возможность заглянуть в самую гущу событий, происходивших вскоре после Большого взрыва. Следующий шаг — поиск других подобных пар и детальное картирование газа вокруг них. Каждое такое наблюдение приближает нас к пониманию того, как устроена ранняя Вселенная и откуда берётся таинственное гудение гравитационных волн, которое сегодня ловят земные детекторы.