Astronomové zachytili neobvyklý kosmický tanec z mladého vesmíru: Dvě srážející se galaxie, v jejichž centrech září dvojice kvazarů

V hlubokém vesmíru, v době, kdy byl starý méně než miliardu let, došlo ke kosmickému dramatu: dvě pomalu se srážející galaxie rozzářily dva mimořádně jasné kvazary. Astronomové tento vzácný systém, označovaný jako J2037–4537, pozorovali pomocí radioteleskopu ALMA v Chile. Jde o jeden z pouhých dvou potvrzených párů kvazarů z tak raného období vesmíru (při tzv. rudém posuvu větším než 5).

Kvazary na kolizním kurzu

Kvazary patří mezi nejzářivější objekty ve vesmíru. Jsou to aktivní jádra galaxií poháněná supermasivními černými dírami, které požírají okolní hmotu. Jak plyn a prach spirálovitě padají do černé díry, zahřívají se na extrémní teploty a vyzařují obrovské množství energie.

Tento „aktivní“ stav ale není trvalý. Černé díry se aktivují jen za určitých podmínek – a jedním z hlavních spouštěčů může být právě srážka galaxií. Ta totiž nasměruje obrovské množství plynu do jejich center, kde „nakrmí“ černé díry a rozsvítí je jako kvazary.

Samotné srážky galaxií nejsou ve vesmíru ničím neobvyklým, probíhají však na časových škálách milionů let. Srážka dvojice galaxií, při které dojde k rozzáření dvojice kvazarů, je ale událostí mnohem vzácnější. Navíc v tak raném vesmíru.

Systém J2037–4537 byl poprvé identifikován už v roce 2021 jako kandidát na takovou dvojici. Astronomové si ale nebyli jistí, zda skutečně jde o dva samostatné objekty. Existovalo totiž i alternativní vysvětlení: mohlo jít o jediný kvazar, jehož světlo je rozdělené a zesílené gravitační čočkou – tedy efektem, kdy hmota v popředí ohýbá světlo vzdáleného zdroje a vytváří jeho vícenásobné obrazy.

Most z plynu jako důkaz

Nová pozorování s vysokým rozlišením přinesla jasnou odpověď. Vědci mapovali emise ionizovaného uhlíku, které slouží jako stopa chladného plynu, z něhož vznikají nové hvězdy. Objevili přitom strukturu, která byla klíčová: mezi oběma kvazary se táhne „most“ plynu.

Takový útvar vzniká při gravitačním působení dvou galaxií, které si při srážce doslova „vysávají“ materiál ze svých okrajů a spojují se vláknem hmoty. Právě tento slapový most je důkazem, že jde o dvě skutečně oddělené galaxie – a tedy i dva kvazary. Varianta s gravitační čočkou tím byla definitivně vyloučena.

Obě galaxie, v nichž se kvazary nacházejí, patří mezi mimořádně aktivní systémy. Každá z nich má hmotnost nejméně deseti miliard sluncí a produkuje nové hvězdy ohromujícím tempem – více než 500 slunečních hmot ročně.

Pro srovnání: naše Mléčná dráha vytvoří zhruba jednu až dvě hvězdy ročně. Tyto galaxie tak fungují jako skutečné „hvězdné továrny“, kde se hmota rychle přetváří v nové generace hvězd.

Otisk ve struktuře časoprostoru

Přestože jsou kvazary součástí jednoho srážejícího se systému, jejich centrální černé díry jsou zatím vzdáleny tisíce světelných let a netvoří tak ještě těsnou dvojici. Podle odhadů potrvá přibližně 2,1 miliardy let, než se přiblíží natolik, že vytvoří gravitačně vázaný binární systém. Teprve poté může dojít k jejich definitivnímu splynutí – jedné z nejenergetičtějších událostí ve vesmíru.

Takové spojení dvou supermasivních černých děr by mělo dramatický důsledek: vznik silných gravitačních vln s nízkou frekvencí. Tyto „vlny v časoprostoru“ dnes vědci sledují pomocí tzv. pulsarových sítí PTA (Pulsar Timing Array), které sledují jemné odchylky v signálech vzdálených pulsarů. 

Zajímavé je, že nedávná měření naznačují silnější pozadí gravitačních vln, než jaké předpovídají současné modely vývoje galaxií. Systémy jako J2037–4537 by mohly být jedním z vysvětlení – pokud jsou ve vesmíru častější, než jsme si dosud mysleli.

Objev této dvojice kvazarů tak nabízí unikátní pohled do doby, kdy se formovaly první velké struktury ve vesmíru. A ukazuje, že už tehdy mohly galaxie rychle růst, intenzivně tvořit hvězdy a hostit aktivní supermasivní černé díry. A především nám připomíná, že i v nejranějších kapitolách kosmické historie probíhaly složité a dynamické procesy – jejichž ozvěny můžeme pozorovat dodnes.