Le galassie crescono e si evolvono fondendosi con altre galassie, mescolando i loro miliardi di stelle, innescando esplosioni di vigorosa formazione stellare e spesso alimentando i loro buchi neri supermassicci centrali per produrre quasar luminosi che eclissano l’intera galassia. Alcune di queste fusioni alla fine diventano enormi galassie ellittiche che contengono buchi neri che sono molti miliardi di volte la massa del nostro Sole. Sebbene gli astronomi abbiano osservato una moltitudine di galassie in fusione con più di un quasar nel nostro vicinato cosmico, esempi più distanti, visti quando l’Universo aveva solo un quarto della sua età attuale, sono piuttosto rari ed estremamente difficili da trovare.
Sfruttando una moltitudine di osservatori terrestri e spaziali, tra cui il Gemini North, metà dell’International Gemini Observatory, gestito dal NOIRLab della NSF, un team di astronomi ha scoperto una coppia strettamente legata di buchi neri supermassicci che si alimentano attivamente: i quasar. Questa scoperta è il primo rilevamento confermato di una coppia di buchi neri supermassicci nello stesso “immobile galattico” al “mezzogiorno cosmico”, ossia un periodo di frenetica formazione stellare in un momento in cui l’Universo aveva solo tre miliardi di anni.
Precedenti osservazioni hanno identificato sistemi simili nelle prime fasi della fusione, quando le due galassie potevano ancora essere considerate entità nettamente separate. Ma questi nuovi risultati mostrano una coppia di quasar che brillano ad una distanza così ravvicinata – solo 10.000 anni luce di distanza – che le loro galassie ospiti originali sono probabilmente sulla buona strada per diventare un’unica galassia ellittica gigante.
La difficoltà di questo rilevamento
Cercare coppie di buchi neri supermassicci così vicini l’uno all’altro durante questa prima epoca è come cercare di trovare il proverbiale ago in un pagliaio. La difficoltà consiste nel fatto che la maggior parte delle coppie di buchi neri sono troppo vicine per essere distinte individualmente. Per rilevare definitivamente un tale sistema, i due buchi neri supermassicci devono accrescersi attivamente e brillare come quasar contemporaneamente, condizioni estremamente rare. Statisticamente, per ogni 100 buchi neri supermassicci, solo uno dovrebbe accrescersi attivamente in un dato momento.
Gli astronomi sanno, tuttavia, che l’Universo distante dovrebbe essere pieno di coppie di buchi neri supermassicci all’interno di galassie in fusione. I primi indizi di un tale sistema sono stati trovati nei dati del telescopio spaziale Hubble di NASA/ESA, che ha rivelato due puntini di luce strettamente allineati nell’Universo distante.
Per verificare la vera natura di questo sistema, il team ha cercato nel vasto database dell’osservatorio Gaia dell’ESA e ha scoperto che questo sistema aveva un apparente “jiggle”, che potrebbe essere il risultato di cambiamenti sporadici nell’attività di alimentazione di un buco nero. Il team ha quindi utilizzato il Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS) e il GNIRS sul Gemini North, che hanno fornito al team misurazioni indipendenti della distanza dai quasar e hanno confermato che i due oggetti erano entrambi quasar, piuttosto che un allineamento casuale di un singolo quasar con una stella in primo piano. Ulteriori studi con il W.M. Keck Observatory, il Karl G. Jansky Very Large Array della NSF e il Chandra X-ray Observatory della NASA hanno contribuito a confermare queste osservazioni.
“Il processo di conferma non è stato facile e avevamo bisogno di una serie di telescopi che coprissero lo spettro dai raggi X a radio per confermare finalmente che questo sistema è davvero una coppia di quasar, invece che due immagini di un quasar con lente gravitazionale”, ha affermato il coautore Yue Shen, astronomo dell’Università dell’Illinois. “Non vediamo molti doppi quasar in questo momento iniziale. Ed è per questo che questa scoperta è così eccitante. Conoscere la popolazione progenitrice dei buchi neri alla fine ci parlerà dell’emergere di buchi neri supermassicci nell’Universo primordiale e di quanto potrebbero essere frequenti queste fusioni”, ha detto lo studente laureato Yu-Ching Chen dell’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign, autore principale di questo studio, pubblicato sulla rivista Nature.
