Galaktyki radiowe w kształcie litery X (XRG) stanowią rzadką klasę galaktyk aktywnych, których pochodzenie nadal pozostaje niejasne. Naukowcy uważają, że mogą one być związane ze zderzeniami galaktyk, co czyni je potencjalnymi miejscami występowania par czarnych dziur, które w przyszłości będą wytwarzać fale grawitacyjne. Wyniki badań obejmujących prawie 200 galaktyk XRG, przeprowadzonych pod kierownictwem Prajnadipta Ghosha, doktoranta z Zakładu Astrofizyki w NCBJ, zostały właśnie opublikowane w czasopiśmie „Astrophysical Journal”.

Obiekty typu XRG charakteryzują się tym, że ich dżety radiowe tworzą charakterystyczną strukturę w kształcie litery X, a nie bardziej powszechną morfologię dwupłatową. Badane są od kilku dekad, jednak naukowcy wciąż nie mają pewności co do ich pochodzenia. Jedna z wiodących hipotez sugeruje ich związek ze zderzeniami galaktyk, kiedy to dwie supermasywne czarne dziury (SMBH) tworzą związaną parę, co powoduje gwałtowną zmianę orientacji osi dżetu. Kiedy czarne dziury zaczynają przyciągać otaczającą je materię do swojego jądra, stają się aktywne i nazywane są aktywnymi jądrami galaktycznymi (AGN).

Uważa się, że połączenia galaktyk odgrywają dominującą rolę w końcowych etapach ich ewolucji. Proces ten może wywołać gwałtowny okres tworzenia gwiazd, napędzany przez duże ilości gazu napływającego do centralnych obszarów. Supermasywne czarne dziury łączących się galaktyk mogą zostać związane grawitacyjnie, tworząc układ podwójny, co może prowadzić do ich zespolenia – zdarzenia wykrywalnego przez obserwatoria fal grawitacyjnych.

Wykrywanie podwójnych i binarnych aktywnych jąder galaktycznych (AGN) ma zatem kluczowe znaczenie dla zrozumienia wspólnej ewolucji SMBH, procesu łączenia się galaktyk, a także powstawania źródeł fal grawitacyjnych. Obserwacja takich obiektów pozostaje poważnym wyzwaniem ze względu na krótki czas trwania fazy podwójnego AGN, zasłanianie przez pył oraz ograniczenia związane z niezbędną rozdzielczością obserwacji. Naukowcy stosują zarówno bezpośrednie, jak i pośrednie metody wykrywania, chociaż te ostatnie mogą prowadzić do fałszywych wykryć.

W swojej najnowszej pracy grupa astrofizyków przeanalizowała widma optyczne pochodzące z projektów Sloan Digital Sky Survey (SDSS) i Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) w celu zbadania blisko 200 galaktyk XRG, stosując pośrednią metodę poszukiwania wąskich linii emisyjnych o podwójnych szczytach – metodę, która może wskazywać na obecność dwóch aktywnych jąder galaktycznych lub złożonych ruchów gazu związanych ze zderzeniami galaktyk. – Nasze badanie 187 galaktyk radiowych typu X przy przesunięciach ku czerwieni poniżej 0,58 pozwoliło zidentyfikować 55 galaktyk wykazujących tę cechę. Diagnostyka optycznych linii emisyjnych, w połączeniu z charakterystyką w średniej podczerwieni i w paśmie radiowym, pokazuje, że w około 95% tych układów oba składniki linii emisyjnych są zasilane przez aktywne jądra galaktyczne, co stanowi niezwykle wysoki odsetek w porównaniu z ogólną populacją galaktyk (22%). Stwierdziliśmy również, że częstość występowania linii emisyjnych o podwójnym szczycie wzrasta wraz z jasnością radiową, co sugeruje ścisły związek między silną aktywnością radiową a procesami, które powodują powstawanie tych układów – wyjaśnia Prajnadipt Ghosh z NCBJ, pierwszy autor publikacji.

Dalsze analizy oparte na obserwacjach radiowych o wysokiej rozdzielczości przeprowadzonych za pomocą Very Large Baseline Array (VLBA) – jednego z najpotężniejszych radioteleskopów na świecie – pozwoliły zidentyfikować jedną z galaktyk jako przekonującego kandydata do systemu podwójnych supermasywnych czarnych dziur, a także wiele innych galaktyk jako potencjalnych kandydatów do układów podwójnych lub binarnych supermasywnych czarnych dziur. Ponadto prawie 1/3 galaktyk XRG o podwójnym szczycie posiada w pobliżu galaktykę towarzyszącą, a obrazy o wysokiej rozdzielczości wskazują na ich niedawne lub trwające obecnie łączenie.

Identyfikacja wiarygodnych kandydatów na podwójne i binarne supermasywne czarne dziury ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia, w jaki sposób galaktyki rozwijają się w wyniku zderzeń oraz jak ewoluują ich centralne czarne dziury. Oczekuje się również, że układy takie będą ważnymi źródłami fal grawitacyjnych o niskiej częstotliwości, które będą wykrywane przez przyszłe obserwatoria, takie jak Laser Interferometer Space Antenna. – Nasze wyniki pokazują, że połączenie radiowej morfologii w kształcie litery X oraz optycznych linii emisyjnych o podwójnych szczytach stanowi jeden z najskuteczniejszych sposobów identyfikacji tych trudnych do wykrycia układów, podkreślając jednocześnie, że obserwacje uzupełniające o bardzo wysokiej rozdzielczości przestrzennej pozostają niezbędne do potwierdzenia poszczególnych kandydatów na podwójne i binarne czarne dziury – mówi Prajnadipt Ghosh.

Wyniki badań są dostępne w publikacji: Prajnadipt Ghosh et al., Origin of the double-peaked narrow emission-lines in the optical spectra of X-shaped Radio Galaxies, ApJ 1006 150, DOI: http://doi.org/10.3847/1538-4357/ae8093