sdss j0847-0013, un sur trois, rares quasars doubles découverts avec trois observatoires de Maunakea. Crédit :Silverman et al
Une danse cosmique entre deux galaxies en fusion, chacun contenant un trou noir supermassif qui se nourrit rapidement de tant de matière qu'il crée un phénomène connu sous le nom de quasar, est une trouvaille rare.
Les astronomes ont découvert plusieurs paires de ces galaxies en fusion, ou quasars lumineux "doubles", en utilisant trois observatoires de Maunakea à Hawaï :le télescope Subaru, Observatoire W. M. Keck, et l'Observatoire des Gémeaux. Ces quasars doubles sont si rares, une équipe de recherche dirigée par l'Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l'univers de l'Université de Tokyo estime que seulement 0,3% de tous les quasars connus ont deux trous noirs supermassifs qui sont sur une trajectoire de collision l'un avec l'autre.
L'étude publiée aujourd'hui dans le 26 août numéro 2020 de Le Journal d'Astrophysique .
"Malgré leur rareté, ils représentent une étape importante dans l'évolution des galaxies, où le géant central est réveillé, prendre de la masse, et potentiellement impactant la croissance de sa galaxie hôte, " dit Shenli Tang, un étudiant diplômé de l'Université de Tokyo et co-auteur de l'étude.
Les quasars sont l'un des plus lumineux, objets énergétiques connus dans l'univers, alimenté par des trous noirs supermassifs qui sont des millions à des milliards de fois plus massifs que notre Soleil. Alors que la matière tourbillonne autour d'un trou noir au centre d'une galaxie, il est chauffé à haute température, libérant tellement de lumière que le quasar peut éclipser sa galaxie hôte. Cela rend difficile la détection d'une paire de galaxies fusionnant avec une activité de quasar ; il est difficile de séparer la lumière des deux quasars car ils sont très proches l'un de l'autre. Aussi, observer une zone suffisamment large du ciel pour capturer ces événements rares en nombre suffisant est un défi.
SDSS J141637.44+003352.2, un quasar double à une distance pour laquelle la lumière nous parvenant a été émise il y a 4,6 milliards d'années. Les deux quasars sont 13, 000 années-lumière d'intervalle dans le ciel, en les plaçant près du centre d'une seule galaxie massive qui semble faire partie d'un groupe, comme le montrent les galaxies voisines dans le panneau de gauche. Dans les panneaux inférieurs, la spectroscopie optique a révélé de larges raies d'émission associées à chacun des deux quasars, indiquant que le gaz se déplace à des milliers de kilomètres par seconde à proximité de deux trous noirs supermassifs distincts. Les deux quasars sont de couleurs différentes, en raison de différentes quantités de poussière devant eux. Crédit :Silverman et al.
Pour surmonter ces obstacles, l'équipe a profité d'un vaste levé sensible du ciel à l'aide de la caméra Hyper Suprime-Cam (HSC) du télescope Subaru.
"Pour nous faciliter la tâche, nous avons commencé par regarder le 34, 476 quasars connus du Sloan Digital Sky Survey avec imagerie HSC pour identifier ceux ayant deux (ou plus) centres distincts, " a déclaré l'auteur principal John Silverman de l'Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l'univers. " Honnêtement, nous n'avons pas commencé à chercher des quasars doubles. Nous examinions des images de ces quasars lumineux pour déterminer dans quel type de galaxies ils préféraient résider lorsque nous avons commencé à voir des cas avec deux sources optiques dans leurs centres où nous n'en attendions qu'une."
L'équipe a identifié 421 cas prometteurs. Cependant, il y avait encore une chance que beaucoup d'entre eux ne soient pas de véritables quasars doubles, mais plutôt des projections fortuites telles que la lumière des étoiles de notre propre galaxie. La confirmation a nécessité une analyse détaillée de la lumière des candidats pour rechercher les signes définitifs de deux quasars distincts.
En utilisant le spectromètre imageur à basse résolution (LRIS) de l'observatoire Keck et le spectromètre de champ intégral dans le proche infrarouge de l'observatoire Gemini, Silverman et son équipe ont identifié trois quasars doubles, dont deux étaient auparavant inconnus. Chaque objet de la paire montrait la signature d'un gaz se déplaçant à des milliers de kilomètres par seconde sous l'influence d'un trou noir supermassif.
Les doubles quasars récemment découverts démontrent la promesse d'une imagerie à grande surface combinée à des observations spectroscopiques à haute résolution pour révéler ces objets insaisissables, qui sont essentielles pour mieux comprendre la croissance des galaxies et de leurs trous noirs supermassifs.
