NASA urmărește găurile negre supermasive în ciclul lor de coliziune

Observatorul de raze X Chandra de la NASA a detectat două perechi de găuri negre supermasive în ciclurile de coliziune din galaxiile pitice, prima dovadă a unei astfel de întâlniri iminente. Această descoperire oferă informații importante despre creșterea găurii negre în universul timpuriu.

• Milky Way, likely formed larger galaxies through collisions in the early Universe.
• These newly-discovered merging dwarf galaxies can be used as analogs for more distant ones that are too faint to observe.
• The dwarf galaxies are on collision courses and are found in the galaxy clusters Abell 133 and Abell 1758S.

Evidence for two pairs of supermassive black holes in dwarf galaxies on collision courses has been found with Chandra. The two pairs are shown in X-rays from Chandra and optical light from the Canada-France-Hawaii telescope. The merger on the left is in a late stage and was given the single name of Mirabilis. The other merger is in the early stages and the two dwarf galaxies are named Elstir (bottom) and Vinteuil (top). Astronomers think that dwarf galaxies – those about 20 times less massive than the Milky Way – grow through mergers with others. This is an important process for galaxy growth in the early Universe and this discovery provides examples for scientists to study in greater detail. Credit: X-ray: NASA/CXC/Univ. of Alabama/M. Micic et al.; Optical: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA

A new study using NASA’s Chandra X-ray Observatory has tracked two pairs of supermassive black holes in dwarf galaxies on collision courses. This is the first evidence for such an impending encounter, providing scientists with important information about the growth of black holes in the early Universe.

By definition, dwarf galaxies contain stars with a total mass less than 3 billion Suns — or about 20 times less than the Milky Way. Astronomers have long suspected that dwarf galaxies merge, particularly in the relatively early Universe, in order to grow into the larger galaxies seen today. However, current technology cannot observe the first generation of dwarf galaxy mergers because they are extraordinarily faint at their great distances. Another tactic — looking for dwarf galaxy mergers closer by — had not been successful to date.

Noul studiu a depășit aceste provocări efectuând un studiu sistematic al observațiilor cu raze X profunde ale lui Chandra și comparându-le cu datele în infraroșu de la Wide Infrared Survey Explorer (WISE) al NASA și cu datele optice de la telescopul Canada, Franța și Hawaii (CFHT).

Chandra a fost deosebit de valoroasă în acest studiu, deoarece materialul din jurul găurilor negre poate fi încălzit la milioane de grade, eliberând cantități mari de raze X. Echipa a căutat perechi de surse luminoase de raze X în galaxiile pitice care se ciocnesc ca dovadă a două găuri negre și a descoperit două exemple.

S-au găsit dovezi pentru o pereche de găuri negre supermasive în galaxii pitice în cicluri de coliziune cu Chandra. Perechea este văzută în razele X de la Chandra și lumina optică de la telescopul Canada-Franța-Hawaii. Fuziunea din stânga este într-o etapă târzie și a primit numele individual de Mirabilis. Cealaltă fuziune este în stadii incipiente și cele două galaxii pitice au fost numite Elstir (jos) și Vinteuil (sus). Astronomii cred că galaxiile pitice – cele de 20 de ori mai mici decât Calea Lactee – cresc prin fuziuni cu altele. Acesta este un proces important pentru creșterea galaxiilor în universul timpuriu și această descoperire oferă exemple pentru ca oamenii de știință să le studieze mai detaliat. Credit: Raze X: NASA/CXC/Univ. Alabama / m. Micic şi colab.; Optică: Gemini Observatory International/NOIRLab/NSF/AURA

O pereche se află în clusterul de galaxii Abell 133 situat la 760 de milioane de ani lumină de Pământ, văzută în imaginea compozită din stânga. Datele cu raze X Chandra în roz și datele optice de la CFHT în albastru. Această pereche de galaxii pitice pare să se afle în stadiile târzii ale fuziunii, prezentând cozi lungi cauzate de efectele mareelor ​​din coliziune. Autorii noului studiu l-au numit Mirabilis, după ce a devenit în pericol critic[{” attribute=””>species of hummingbird known for their exceptionally long tails. Only one name was chosen because the merger of two galaxies into one is almost complete. The two Chandra sources show X-rays from material around the black holes in each galaxy.

X-ray and optical composite of Mirabilis. Credit: X-ray: NASA/CXC/Univ. of Alabama/M. Micic et al.; Optical: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA

The other pair was discovered in Abell 1758S, a galaxy cluster about 3.2 billion light-years away. The composite image from Chandra and CFHT is on the right, using the same colors as for Mirabilis. The researchers nicknamed the merging dwarf galaxies “Elstir” and “Vinteuil,” after fictional artists from Marcel Proust’s “In Search of Lost Time”. Vinteuil is the galaxy on the top and Elstir is the galaxy on the bottom. Both have Chandra sources associated with them, again from X-rays from material around the black holes in each galaxy. The researchers think these two have been caught in the early stages of a merger, causing a bridge of stars and gas to connect the two colliding galaxies from their gravitational interaction.

X-ray and optical composite of Elstir & Vinteuil. Credit: X-ray: NASA/CXC/Univ. of Alabama/M. Micic et al.; Optical: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA

The details of merging black holes and dwarf galaxies may provide insight to our Milky Way’s own past. Scientists think nearly all galaxies began as dwarf or other types of small galaxies and grew over billions of years through mergers. Follow-up observations of these two systems will allow astronomers to study processes that are crucial for understanding galaxies and their black holes in the earliest stages of the Universe.

O lucrare care descrie aceste constatări a fost publicată într-un număr recent al cel[{” attribute=””>Astrophysical Journal.

Reference: “Two Candidates for Dual AGN in Dwarf-Dwarf Galaxy Mergers” by Marko Mićić, Olivia J. Holmes, Brenna N. Wells and Jimmy A. Irwin, 22 February 2023, The Astrophysical Journal.
DOI: 10.3847/1538-4357/aca1bb

The authors of the study are Marko Micic, Olivia Holmes, Brenna Wells, and Jimmy Irwin, all from the University of Alabama at Tuscaloosa.

NASA’s Marshall Space Flight Center manages the Chandra program. The Smithsonian Astrophysical Observatory’s Chandra X-ray Center controls science operations from Cambridge, Massachusetts, and flight operations from Burlington, Massachusetts.