O telesca³pio espacial Hubble da NASA estão"vendo em dobro". Observando 10 bilhaµes de anos no passado do universo, os astrônomos do Hubble encontraram um par de quasares que estãotão pra³ximos um do outro que parecem um aºnico objeto em fotos telesca³picas baseadas no solo, mas não na visão na­tida do Hubble.

Os pesquisadores acreditam que os quasares estãomuito pra³ximos um do outro porque residem nos núcleos de duas gala¡xias em fusão . A equipe ganhou a "dobradinha dia¡ria" ao encontrar outro par de quasares em outra dupla de gala¡xias em colisão.

Um quasar éum farol brilhante de luz intensa do centro de uma gala¡xia distante que pode ofuscar toda a gala¡xia. a‰ alimentado por um buraco negro supermassivo que se alimenta vorazmente de matéria inflada, liberando uma torrente de radiação.

"Estimamos que no universo distante, para cada 1.000 quasares, haja um quasar duplo. Portanto, encontrar esses quasares duplos écomo encontrar uma agulha em um palheiro", disse o pesquisador-chefe Yue Shen, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign.

A descoberta desses quatro quasares oferece uma nova maneira de sondar colisaµes entre gala¡xias e a fusão de buracos negros supermassivos no ini­cio do universo, dizem os pesquisadores.

Os quasares estãoespalhados por todo o canãu e eram mais abundantes há10 bilhaµes de anos. Houve muitas fusaµes de gala¡xias na anãpoca, alimentando os buracos negros. Portanto, os astrônomos teorizam que deveria haver muitos quasares duais durante esse tempo.

"Esta érealmente a primeira amostra de quasares duais na anãpoca de pico da formação de gala¡xias com a qual podemos usar para sondar ideias sobre como buracos negros supermassivos se unem para formar um bina¡rio", disse o membro da equipe de pesquisa Nadia Zakamska, da Universidade Johns Hopkins em Baltimore, Maryland.

Os resultados da equipe apareceram na edição online de 1º de abril da revista Nature Astronomy .

Shen e Zakamska são membros de uma equipe que estãousando o Hubble, o observata³rio espacial Gaia da Agência Espacial Europanãia, e o Sloan Digital Sky Survey, bem como vários telesca³pios terrestres, para compilar um censo robusto de pares de quasares no universo primitivo.

As observações são importantes porque o papel de um quasar em encontros gala¡cticos desempenha um papel crítico na formação da gala¡xia, dizem os pesquisadores. Amedida que duas gala¡xias próximas comea§am a se distorcer gravitacionalmente, sua interação canaliza o material para seus respectivos buracos negros, acendendo seus quasares.

Com o tempo, a radiação dessas "la¢mpadas" de alta intensidade lana§a poderosos ventos gala¡cticos, que varrem a maior parte do gás das gala¡xias em fusão. Privada de gás, a formação de estrelas cessa e as gala¡xias evoluem para gala¡xias ela­pticas.

"Os quasares tem um impacto profundo na formação de gala¡xias no universo", disse Zakamska. "Encontrar quasares duais nesta anãpoca inicial éimportante porque agora podemos testar nossas ideias de longa data de como os buracos negros e suas gala¡xias hospedeiras evoluem juntos."

Os astrônomos descobriram mais de 100 quasares duplos em gala¡xias em fusão atéagora. No entanto, nenhum deles étão antigo quanto os dois quasares duplos neste estudo.

As imagens do Hubble mostram que os quasares dentro de cada par estãoseparados por apenas cerca de 10.000 anos-luz. Em comparação, nosso Sol estãoa 26.000 anos-luz do buraco negro supermassivo no centro de nossa gala¡xia.

Os pares de gala¡xias hospedeiras acabara£o por se fundir e, em seguida, os quasares também se aglutinara£o, resultando em um buraco negro aºnico e ainda mais massivo.

Encontra¡-los não foi fa¡cil. O Hubble éo aºnico telesca³pio com visão na­tida o suficiente para voltar ao universo primitivo e distinguir dois quasares pra³ximos que estãotão distantes da Terra. No entanto, a resolução na­tida do Hubble por si são não éboa o suficiente para encontrar esses fara³is de luz dupla.

Os astrônomos primeiro precisaram descobrir para onde apontar o Hubble para estuda¡-los. O desafio éque o canãu estãocoberto por uma tapea§aria de quasares antigos que ganharam vida há10 bilhaµes de anos, apenas uma pequena fração dos quais são duais. Foi necessa¡ria uma técnica criativa e inovadora que exigiu a ajuda do satanãlite Gaia da Agência Espacial Europanãia e do Sloan Digital Sky Survey para compilar um grupo de candidatos potenciais para o Hubble observar.

Localizado no Observatório Apache Point no Novo Manãxico, o telesca³pio Sloan produz mapas tridimensionais de objetos em todo o canãu. A equipe se debrua§ou sobre a pesquisa Sloan para identificar os quasares para estudar mais de perto.

Os pesquisadores então alistaram o observata³rio Gaia para ajudar a identificar potenciais candidatos de quasar duplo. Gaia mede as posições, distâncias e movimentos de objetos celestes pra³ximos com muita precisão. Mas a equipe desenvolveu um aplicativo novo e inovador para Gaia que poderia ser usado para explorar o universo distante. Eles usaram o banco de dados do observata³rio para procurar quasares que imitam o movimento aparente de estrelas próximas. Os quasares aparecem como objetos aºnicos nos dados Gaia. No entanto, Gaia pode captar uma "sacudidela" sutil e inesperada na posição aparente de alguns dos quasares que observa.

Os quasares não estãose movendo atravanãs do espaço de forma mensura¡vel, mas em vez disso, seu movimento pode ser evidência de flutuações aleata³rias de luz, pois cada membro do par de quasares varia em brilho. Os quasares cintilam em brilho em escalas de tempo de dias a meses, dependendo da programação de alimentação de seus buracos negros.

Esse brilho alternado entre o par de quasares ésemelhante a ver um sinal de travessia de uma ferrovia a  distância. Como as luzes de ambos os lados do sinal estaciona¡rio piscam alternadamente, o sinal da¡ a ilusão de "balana§ar".

Quando os primeiros quatro alvos foram observados com o Hubble, sua visão na­tida revelou que dois dos alvos são dois pares pra³ximos de quasares. Os pesquisadores disseram que foi um "momento de la¢mpada" que verificou seu plano de usar Sloan, Gaia e Hubble para caçar as antigas e elusivas usinas duplas.

O membro da equipe Xin Liu, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, chamou a confirmação do Hubble de uma "surpresa feliz". Ha¡ muito tempo ela caça quasares duplos mais pra³ximos da Terra usando diferentes técnicas com telesca³pios terrestres. "A nova técnica pode não apenas descobrir quasares duplos muito mais distantes, mas émuito mais eficiente do que os manãtodos que usamos antes", disse ela.

O artigo da Nature Astronomy éuma "prova de conceito que realmente demonstra que nossa busca direcionada por quasares duais émuito eficiente", disse o membro da equipe Hsiang-Chih Hwang, estudante de graduação na Universidade Johns Hopkins e investigador principal do programa Hubble. "Isso abre uma nova direção onde podemos acumular sistemas muito mais interessantes para acompanhar, o que os astrônomos não eram capazes de fazer com técnicas ou conjuntos de dados anteriores."

A equipe também obteve observações de acompanhamento com os telesca³pios Gemini da National Science Foundation NOIRLab. "A espectroscopia espacialmente resolvida de Gaªmeos pode rejeitar sem ambiga¼idades intrusos devido a superposições casuais de sistemas quasares-estrela não associados, onde a estrela de primeiro plano estãocoincidentemente alinhada com o quasar de fundo", disse o membro da equipe Yu-Ching Chen, um estudante graduado da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign.

Embora a equipe esteja convencida do resultado, eles dizem que háuma pequena chance de que os instanta¢neos do Hubble capturassem imagens duplas do mesmo quasar, uma ilusão causada por lentes gravitacionais. Este fena´meno ocorre quando a gravidade de uma grande gala¡xia em primeiro plano se divide e amplifica a luz do quasar de fundo em duas imagens espelhadas. No entanto, os pesquisadores acreditam que este cena¡rio éaltamente improva¡vel porque o Hubble não detectou nenhuma gala¡xia em primeiro plano perto dos dois pares de quasares.

As fusaµes gala¡cticas eram mais abundantes hábilhaµes de anos, mas algumas ainda estãoacontecendo hoje. Um exemplo éo NGC 6240, um sistema pra³ximo de fusão de gala¡xias que possui dois e possivelmente atétrês buracos negros supermassivos. Uma fusão gala¡ctica ainda mais próxima ocorrera¡ em alguns bilhaµes de anos, quando a nossa gala¡xia, a Via La¡ctea, colidir com a vizinha gala¡xia de Andra´meda. A disputa gala¡ctica provavelmente alimentaria os buracos negros supermassivos no centro de cada gala¡xia, acendendo-os como quasares.

Futuros telesca³pios podem oferecer mais informações sobre esses sistemas de fusão. O telesca³pio espacial James Webb da NASA, um observata³rio infravermelho com lana§amento previsto para o final deste ano, vai sondar as gala¡xias hospedeiras dos quasares. Webb mostrara¡ as assinaturas de fusaµes gala¡cticas, como a distribuição da luz das estrelas e as longas correntes de gás extraa­das das gala¡xias em interação.