Podwójny kwazar, czyli początek kosmicznej kolizji (mergera)

Galaktyki to największe obiekty we Wszechświecie, które można bezpośrednio obserwować. Poznanie procesów prowadzących do ich formowania (ang. merger – zderzenie galaktyk) stanowi klucz do zrozumienia ewolucji Wszechświata, w którym żyjemy. Galaktyka to duży, grawitacyjnie związany układ gwiazd, pyłu i gazu międzygwiazdowego oraz niewidocznej ciemnej materii. Nierzadko we Wszechświecie dochodzi do zderzeń galaktyk, czyli połączenia się dwóch galaktyk w jedną. Jest to proces długotrwały, trwający setki milionów lat. Galaktyki zbliżą się do siebie zaburzając nawzajem swoje pola grawitacyjne. Przyciąganie grawitacyjne przyciąga je ku sobie, bliższe części galaktyk przyciągają się silniej, a dalsze słabiej, objawia się to jako siły pływowe deformujące galaktyki. W procesie łączenia się dwóch galaktyk wyróżnia się trzy etapy: 1) początek procesu to tzw. grawitacyjnie związany układ dwóch galaktyk, które znajdują się w dosyć dużej odległości od siebie jednak zaczynają już być widoczne zaburzenia i deformacje ich struktur oraz kinematyki; kiedy dwie zderzające się ze sobą galaktyki są aktywne taki obiekt nazywa się podwójnym kwazarem, 2) kolejny etap to tzw. podwójna supermasywna czarna dziura, czyli są to dwie supermasywne czarne dziury znajdujące się zwykle już dosyć blisko siebie w jednym obiekcie, 3) zlanie się czarnych dziur w jedną i powstanie nowego obiektu – galaktyki. Do tej pory udało się zaobserwować kilka obiektów, które zawierają dwie czarne dziury a ich struktury w świetle widzialnym i podczerwownym cechują się silnymi deformacjami (etap 2). W dalszym ciągu jednak niejasny jest 1 etap procesu łączenia się galaktyk.

Do dzisiaj znanych jest ok. 20 bliskich podwójnych aktywnych kwazarów, które uważa się za układy grawitacyjnie związane ze sobą, czyli należące do pierwszego etapu procesu zderzenia się dwóch galaktyk. Układy takie powinny jednak wykazywać deformacje swoich struktur widocznych w różnych zakresach widma elektromagnetycznego oraz zaburzenia kinematyki. Do tej pory jednak w żadnym z tych układów takich zjawisk nie wykryto. Dlatego nie wykluczano, że część ze znanych podwójnych kwazarów to w rzeczywistości może być efekt projekcji dwóch obiektów na niebie lub zjawisko soczewki grawitacyjnej. Dopiero niedawno, w 2010 roku, zaobserwowano podwójny kwazar o zaburzonej strukturze w zakresie optycznym (Green i in.2010). Natomiast zaobserwowany przez nas podwójny kwazar 1641+320 wykazuje deformacje struktury optycznej oraz radiowej jednego z kwazarów wchodzących w skład układu, które są wynikiem istnienia oddziaływań pomiędzy nimi. Podwójny kwazar 1641+320 jest bardzo rzadkim bliskim układem dwóch aktywnych galaktyk, z których tylko jedna jest aktywna radiowo (ang. radio-loud), w drugiej natomiast – radiowo-cichej (ang. radio-quiet) został zainicjowany proces gwiazdotwórczy. Jest to pierwszy i jedyny do tej pory przykład podwójnego kwazara, w którym udało się zaobserwować takie zaburzenia w różnych zakresach promieniowania elektromagnetycznego, co stanowi dowód na istnienie powiązań grawitacyjnych w tego typu obiektach. Publikacja opisująca to odkrycie została przyjęta do druku w amerykańskim czasopismie Astrophysical Journal (http://arxiv.org/abs/1105.3242).

Obserwacja podwójnego kwazara 1641+320 została wykonana angielska siecią interferometryczną MERLIN na częstotliwościach 1.66 GHz (w 2007 roku) i 5 GHz (w 2009 roku) a mapy radiowe, które są wynikiem tych obserwacji przedstawia Rysunek 1. Obiekt oznaczony na obu mapach jako C to radiowe jądro, a więc centrum aktywności obiektu, składniki E, W1 i W2 to radiowe płaty/dżety, które wskazują równocześnie kierunek wypływu wysokoenergetycznych elektronów z jądra. Aktywność radiowa kwazara została prawdopodobnie zainicjowana w wyniku oddziaływania grawitacyjnego zbliżających się do siebie kwazarów a następnie zaburzona w wyniku postępującego procesu (składniki W1 i W2). Zaburzenia struktury radiowej pokrywają się z tymi, które widoczne są w zakresie optycznym na zdjęciu z Kosmicznego teleskopu Hubble’a.

Autorzy:
dr Magdalena Kunert-Bajraszewska, Centrum Astronomii UMK, ul. Gagarina 11, 87-100 Toruń
dr Agnieszka Janiuk, Centrum Fizyki Teoretycznej PAN, ul. Lotników 32/46, 02-668 Warszawa

Rysunek 1. a) mapa radiowa kwazara 1641+320 na częstotliwości 1.66 GHz; b) mapa radiowa kwazara 1641+320 na częstotliwości 5 GHz; c) obraz optyczny podwójnego kwazara z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, na który zostały nałożone kontury emisji radiowej na częstotliwości 5 GHz. Krzyżyk oznacza pozycję optycznego odpowiednika kwazara z przeglądu SDSS. Wektory na mapie 1.66 GHz oznaczają emisję spolaryzowaną.