Scoperta di un Quasar Doppio nel Mezzogiorno Cosmico

Abbiamo trovato un candidato Quasar duale (QSO) a una distanza di circa 1,889 miliardi di anni luce, durante un periodo nell'universo chiamato "mezzogiorno cosmico". È il momento in cui si stavano formando molti Buchi Neri e stelle. La sorgente è stata individuata in immagini scattate dal Telescopio Spaziale Hubble, dove si vedevano due punti di luce molto vicini. Questa distanza è stata misurata in circa 0,26 secondi d'arco, che corrisponde a circa 2,2 kiloparsec di distanza. Questo quasar rosso è stato scelto per l'imaging per verificare se i QSOs rossi si trovano in galassie in fase di fusione. Abbiamo raccolto uno spettro dettagliato del sistema, che ha mostrato che ci sono effettivamente due parti QSO separate.

Oltre alle osservazioni ottiche, abbiamo ottenuto osservazioni radio ad alta risoluzione utilizzando il Very Long Baseline Array (VLBA) a una frequenza di 1,4 GHz. Questo ha confermato la presenza di due sorgenti che corrispondevano a dove vedevamo la luce dei QSOs. Le due sorgenti hanno masse simili per i loro buchi neri, luminosità simile e emissioni radio simili. Tuttavia, appaiono diverse nel colore e in quanto luce assorbono. Il QSO rosso ha un rapporto di Eddington più alto, che misura quanto velocemente il buco nero sta crescendo.

Abbiamo preso in considerazione se ciò che vediamo potrebbe essere dovuto a lente gravitazionale, dove la gravità di un oggetto distorce la luce di un altro. Abbiamo scoperto che per questo accadesse, sarebbero necessarie condizioni molto improbabili. Se confermiamo che si tratta di un vero dual QSO, potrebbe collegare la polvere che vediamo con la Fusione di Galassie e buchi neri supermassicci.

#L'importanza delle onde gravitazionali

Guardando al futuro, un nuovo esperimento sulle onde gravitazionali chiamato LISA sarà in grado di rilevare segnali provenienti da buchi neri supermassicci in fusione. Dato che ogni grande galassia ha un buco nero supermassiccio al suo centro, comprendere come questi buchi neri si fondono è fondamentale per afferrare appieno come le galassie evolvono. Le fusioni di galassie sono state usate per spiegare le relazioni osservate tra galassie e i loro buchi neri centrali, suggerendo che si sono evoluti insieme nel tempo.

Le galassie in fusione ricche di gas possono innescare quasar potenti, mentre gas e polvere si riversano al centro, nutrendo i buchi neri. A un certo punto di questo processo, entrambi i buchi neri cresceranno attivamente e potranno essere visti come una coppia di nuclei galattici attivi (AGN).

Mentre le teorie su come si comportano queste coppie di buchi neri stanno progredendo, ci manca ancora evidenza osservazionale a causa del numero ridotto di AGN duali confermati. Le simulazioni attuali indicano che le fusioni importanti sono le più probabili a produrre AGN duali, suggerendo che questi siano sistemi promettenti da studiare.

I QSO rossi e polverosi sono considerati in uno stato di breve durata guidato da questo scenario di fusione. Durante tali fusioni, la crescita dei buchi neri avviene in un ambiente denso e polveroso, seguita da una fase breve in cui i deflussi ripuliscono la polvere, consentendo a un QSO luminoso e non ostruito di emergere. In questa fase transitoria, i QSOs rossi moderatamente oscurati sono candidati ideali per trovare AGN duali.

Abbiamo identificato campioni di quasar rossi attraverso osservazioni radio e nel vicino infrarosso, e più recentemente, tramite osservazioni nel medio e vicino infrarosso. Questi QSO rossi coprono un ampio intervallo di distanze e livelli di assorbimento di polvere, hanno tipicamente tassi di accrescimento elevati e i loro Spettri mostrano spesso segni di deflussi e feedback.

È importante notare che le immagini scattate dal Telescopio Spaziale Hubble mostrano che molti quasar rossi sono ospitati da galassie in fusione, rendendoli più propensi a contenere AGN o QSO duali.

#La scoperta di W2M J1220

In questa discussione, ci concentriamo sul candidato QSO duale trovato attraverso l'imaging Hubble in un campione di QSO rossi. La distanza di questo QSO di 1,889 miliardi di anni luce rivela un periodo di attività massima per AGN e formazione stellare nell'universo.

Quando abbiamo analizzato la luce di W2M J1220, ci siamo assicurati di correggerla per qualsiasi interferenza dalla nostra galassia. Nel calcolare la luminosità totale di questi QSO, abbiamo utilizzato un modello cosmologico specifico che considera come l'universo si sta espandendo.

Un programma del Telescopio Spaziale Hubble incentrato sulle galassie ospiti di 11 QSO rossi ha rivelato che una sorgente, W2M J1220, mostrava due punti di luce molto vicini in immagini scattate con filtri diversi. Questa sorgente è stata inizialmente identificata come un singolo oggetto in altri sondaggi, ma le nostre osservazioni hanno mostrato che è composta da due sorgenti di luce distinte.

Abbiamo utilizzato un metodo di modellazione per analizzare le immagini e misurare la luminosità di entrambe le sorgenti di luce. I risultati hanno indicato che entrambe le sorgenti erano coerenti con sorgenti di luce puntiforme, ma una modellazione ulteriore ha rivelato la necessità di caratteristiche aggiuntive a causa della luce in eccesso.

Dopo la nostra modellazione dettagliata, abbiamo stabilito che W2M J1220 è composto da due sorgenti di luce separate da 0,26 secondi d'arco. Abbiamo anche ottenuto spettri da entrambe le sorgenti per studiare le loro proprietà, che includevano l'analisi della luce e la comprensione dei loro impatti ambientali.

#Osservazioni di follow-up con STIS

Abbiamo effettuato osservazioni aggiuntive del QSO con lo Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS), concentrandoci su un intervallo di lunghezze d'onda. La fessura utilizzata per catturare entrambe le sorgenti di luce è stata ottimizzata per minimizzare l'overlap, permettendoci di ottenere spettri distinti da ciascuna.

Questo processo ha comportato la rimozione del rumore e la correzione di vari effetti per ottenere una visione chiara di ciascuno spettro. Dopo un'analisi attenta, siamo riusciti a separare la luce di entrambe le sorgenti e produrre spettri individuali. Questi spettri hanno rivelato caratteristiche distinte che hanno confermato la presenza di due QSO separati.

Dai spettri, abbiamo osservato che ogni componente aveva diverse quantità di polvere che influenzavano la loro luce, portando a diverse luminosità e colori. Rianalizzando i dati, siamo riusciti ad aggiornare la nostra comprensione della loro distanza e luminosità intrinseca.

#Imaging VLBA per ulteriore conferma

W2M J1220 è stato anche rilevato in un'indagine radio, indicando che emette onde radio. Abbiamo condotto ulteriori osservazioni utilizzando il VLBA, con l'obiettivo di confermare la presenza di due sorgenti radio distinte che si allineano con le posizioni dei componenti ottici del QSO.

Dopo un'attenta elaborazione dei dati, sono state effettivamente confermate due sorgenti radio distinte, corrispondenti alle posizioni ottiche. Ogni sorgente aveva luminosità e dimensioni simili, confermando la loro relazione con i componenti ottici.

Con tutte queste osservazioni, siamo stati in grado di analizzare attentamente le caratteristiche di ciascun componente QSO. Le masse dei buchi neri e la luminosità sono risultate simili, ma i due componenti avevano caratteristiche distinte in termini di attenuazione della polvere e tassi di crescita.

#Esaminando il ruolo della lente gravitazionale

Abbiamo preso in considerazione la possibilità che le caratteristiche osservate di W2M J1220 potessero essere dovute a lente gravitazionale. Per analizzare questa possibilità, abbiamo esaminato le differenze spettrali tra i due componenti QSO.

Sebbene la lente gravitazionale possa aiutare a spiegare alcuni aspetti della luce che vediamo, le nostre scoperte suggeriscono che le differenze di luminosità tra i componenti sono probabilmente dovute a quantità variabili di polvere, piuttosto che essere solo il risultato di effetti di lente.

Tuttavia, dato che le due sorgenti di luce sono molto vicine tra loro, ci siamo approfonditi per capire se un oggetto ad alta densità potesse piegare la luce di un QSO per farlo apparire più luminoso dell'altro.

Anche se non siamo riusciti a escludere definitivamente la lente, le evidenze suggerivano che i due QSO sono effettivamente entità separate. Abbiamo notato che l'assenza di alcune caratteristiche attese negli spettri, che mostrerebbero se esistesse una lente gravitazionale, rafforza ulteriormente il caso contro la lente.

#Contesto statistico dei QSO duali

Con la nostra scoperta di W2M J1220, abbiamo sollevato domande su quanto siano comuni tali QSO duali, soprattutto rispetto ad altri tipi. Studi precedenti hanno esaminato la frequenza delle coppie di QSO, e abbiamo cercato di stimare il tasso di occorrenza per i QSO rossi basandoci sui dati limitati disponibili.

Dato che solo pochi QSO rossi sono stati osservati in dettaglio, il ritrovamento di W2M J1220 in un campione così piccolo solleva la prospettiva che l'attività duale possa essere più frequente nei QSO rossi di quanto si pensasse in precedenza.

Questa scoperta rinforza anche l'idea che i QSO rossi si trovino principalmente in galassie in fase di fusione. Espandendo le nostre osservazioni per mirare specificamente ai QSO rossi, potremmo scoprire più sistemi duali.

#Conclusione

In sintesi, riportiamo la scoperta di due QSO molto vicini che sembrano connessi e sono coerenti con ciò che sappiamo sui buchi neri supermassicci in fusione. La conferma di due sorgenti di luce distinte attraverso un attento imaging e analisi spettroscopica, insieme alle evidenze osservazionali che abbiamo raccolto, suggerisce che W2M J1220 possa far parte di una tendenza più ampia dove i QSO rossi servono come popolazione unica per trovare tali sistemi.

Continuando a studiare i QSO rossi, potremmo comprendere meglio gli ambienti che circondano questi fenomeni energetici e l'evoluzione delle galassie nell'universo. Le scoperte aprono nuove strade per l'esplorazione e enfatizzano l'importanza delle galassie in fusione nel plasmare l'evoluzione dei buchi neri e delle galassie. Con future osservazioni e ricerche, possiamo costruire su questa base per scoprire intuizioni ancora più profonde nel cosmo.