I quasar sono nuclei di galassie lontane alimentati dalla frenesia alimentare di buchi neri supermassicci talmente attivi da risultare luminosissimi anche a distanze enormi. Quando due di queste galassie attive si trovano vicine, ovvero sono prossime alla fusione – un’interazione che avvia la rapida alimentazione dei rispettivi buchi neri –, gli astronomi si riferiscono a queste sorgenti come quasar doppi. Si tratta di oggetti celesti piuttosto rari nell’universo e di grande interesse scientifico: le loro osservazioni sono utili per indagare l’evoluzione della fusione delle galassie e studiare i processi che portano alla formazione di buchi neri supermassicci binari.
Illustrazione artistica di un quasar doppio. Sono indicate le posizioni delle due sorgenti e delle galassie ospiti in procinto di fondersi. Crediti: International Gemini Observatory/NoirLab/Nsf/Aura/J. da Silva
Un team internazionali di ricercatori guidati dall’Università dell’Illinois Urbana-Champaign, negli Usa, ha individuato due di queste sorgenti doppie a circa 10 miliardi di anni luce dalla Terra: i più vecchi quasar doppi scoperti fino a oggi. Non solo: con una distanza che separa le sorgenti di ogni coppia di appena diecimila anni luce, sono – fra quelli così vicini tra loro – i quasar più lontani mai scoperti.
«Stimiamo che nell’universo lontano per ogni mille quasar ci sia un quasar doppio», dice Yue Shen, astronomo dell’Università dell’Illinois e autore principale dell’articolo, pubblicato la scorsa settimana su Nature Astronomy, che ha annunciato la scoperta. «Trovare queste sorgenti è dunque come trovare un ago in un pagliaio».
I due doppi quasar in questione sono J0749 + 2255 e J0841 + 4825. Scovarli non è stato affatto facile. La sfida per i ricercatori è stata individuare la minuscola frazione di queste sorgenti doppie – a oggi ne sono state scoperte poche centinaia – e distinguerle tra i quasar singoli che hanno preso vita miliardi di anni fa.
Un modo per stanare questi oggetti doppi è osservare l’apparente “tremolio” nella luce che emettono. Una luce che cambia di intensità in base alla quantità di materiale che il loro buco nero sta divorando in quel momento. Il segnale che si riceve è simile a quello di una coppia di luci su un vecchio cartello di attraversamento ferroviario: quando le luci lampeggiano in maniera alternata, il segnale dà l’illusione di un’oscillazione (vedi video a fondo pagina). È il segno rivelatore della presenza di due quasar “vicini” e non di un singolo oggetto.
Le immagini in luce visibile del telescopio spaziale Hubble mostrano le due coppie di quasar scoperte da Yue Shen et al. Crediti: Nasa, Esa, H. Hwang e N. Zakamska (Johns Hopkins University), e Y. Shen (University of Illinois, Urbana-Champaign)
Yue Shen e il suo team hanno cercato questi segni rivelatori nei dati provenienti da diversi telescopi da Terra e dallo spazio: in quelli del satellite Gaia dell’Agenzia spaziale europea, della Sloan Digital Sky Survey e del telescopio spaziale Hubble.
In particolare, i ricercatori hanno iniziato il censimento delle sorgenti identificando dapprima 15 quasar da sottoporre a ulteriori indagini nei dati della Sloan Digital Sky Survey. Da questo elenco di 15 quasar, utilizzando le osservazioni di Gaia, in grado di misure piccoli cambiamenti nella luminosità degli oggetti, hanno identificato quattro potenziali coppie di quasar. Le quattro sorgenti sono state infine osservate con il telescopio spaziale Hubble, che con la sua vista acuta ha risolto visivamente i due quasar doppi. Per verificare la scoperta, il team ha infine utilizzato il Gemini Multi-Object Spectrograph (Gmos) del telescopio Gemini North (situato a Maunakea, nelle Hawaii). Grazie a queste osservazioni è stato possibile ottenere informazioni sulla distanza dei quasar – oltre a confermare che si tratta effettivamente di coppie, piuttosto che di allineamenti casuali di un singolo quasar con una stella in primo piano.
C’è anche una piccola possibilità che le istantanee di Hubble abbiano catturato immagini doppie dello stesso quasar, un’illusione causata dall’effetto lente gravitazionale – fenomeno che si verifica quando la gravità di un’enorme galassia in primo piano divide e amplifica la luce dal quasar di sfondo in due immagini speculari. Tuttavia, i ricercatori ritengono che questo scenario sia altamente improbabile, perché Hubble non ha rilevato alcuna galassia in primo piano vicino alle due coppie di quasar.
«I quasar hanno un profondo impatto sulla formazione delle galassie nell’universo», speiga Nadia Zakamskaha, ricercatrice della Johns Hopkins University e co-autrice dello studio. «Trovare doppi quasar in questa lontana epoca dell’universo è importante, perché ora possiamo mettere alla prova nostre ipotesi di vecchia data su come i buchi neri e le galassie che li ospitano evolvano insieme».
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Astronomy l’articolo “A hidden population of high-redshift double quasars unveiled by astrometry” di Yue Shen, Yu-Ching Chen, Hsiang-Chih Hwang, Xin Liu, Nadia Zakamska, Masamune Oguri, Jennifer I-Hsiu Li, Joseph Lazio e Peter Breiding
Guarda l’animazione sul canale YouTube dello Hubble Space Telescope: