Optiske data fra Hubble-rumteleskopet og Sloan Digital Sky Survey er vist med røntgenobservationer indsamlet af Chandra-rumteleskopet, der hver viser SDSS J084905.51 + 111447.2, som forskere mener er en tredobbelt sort hulfusion.
(Billede: © Røntgenstråle: NASA / CXC / George Mason Univ./R. Pfeifle et al.; Optisk: SDSS & NASA / STScI)
Tag tre af de mest massive objekter i universet, smoosh dem og deres omgivende galakser sammen, og fyrværkeriet er helt sikkert forbløffende - og måske en dag vil forskere se kollisionen.
Den dag er ikke kommet helt endnu. Men nu er astronomer kommet tæt på og opdager, hvad der kan være starten på en så massiv fusion: Tre galakser, som hver sandsynligvis gemmer et supermassiv sort hul i deres hjerte er alle på en kollisionskurs, der kan hjælpe forskere med at forstå, hvorfor universet ser ud som det ser ud.
"Fordi disse systemer er så sjældne, ved vi faktisk ikke så meget om dem som en befolkning, hvorfor det er vigtigt at finde flere af dem," siger Ryan Pfeifle, hovedforfatter af ny forskning, der beskriver fundet og en doktorand i astronomi ved George Mason University, fortalte Space.com. "Hvis vi kan finde mere, kan vi studere dem som en befolkning og sige, 'OK, generelt er det sådan, disse systemer har en tendens til at opføre sig.'"
At slå sammen sorte huller lyder måske som gamle nyheder, men denne begivenhed er ikke ligesom de kollisioner, som videnskabsmænd kun har "hørt" gennem tyngdekraften i de sidste par år. Disse signaler produceres af sammenstød med sorte huller der kan være højst et par dusin gange massen af vores sol, som to dråber, der ubesværet smelter sammen på en regnjakke.
Hver af supermassive sorte huller involveret i den nye forskning indeholder massen af hundreder af millioner solskin og er omgivet af hele galakser af stjerner og planeter og måner. Deres kollision ville være som to rasende floder, der bryder gennem en dæmning og omformer landskabet med oversvømmelser. En sådan begivenhed ville skabe gravitationsbølger, men af en så utrolig længde, at moderne detektorer simpelthen ikke kan sanse dem.
Men det er disse slags interaktioner, som astronomer mener er afgørende for at gøre universet til, hvordan det ser ud i dag, besat med mystisk supermassive sorte huller. "Ingen ved virkelig, hvordan de kan blive så massiv temmelig tidligt i universets historie," fortalte Shobita Satyapal, Pfeifles rådgiver og medforfatter og en astrofysiker ved George Mason University, Space.com. "En af de mest overbevisende mekanismer, hvor de kan vokse hurtigt, er gennem disse galakse-fusioner."
Så forskerne ville forsøge at få øje på en sådan fusion, før det skete. Frivillige dataanalytikere havde markeret en samling af mål baseret på målinger af infrarødt lys som potentielle steder, hvor to modne galakser kolliderede.
"Vi besluttede at kigge efter fodring af sorte huller ved hjælp af teknikker, der aldrig var blevet brugt før, teknikker, der var følsomme overfor tilsløring," sagde Satyapal. "Det er slags en ny tilgang til at kigge efter disse fodring af sorte huller ved hjælp af værktøjer, der traditionelt ikke er blevet brugt i disse sent-fase interaktioner."
Teamet bag den nye forskning samlet yderligere observationer af disse steder ved hjælp af NASAs Chandra røntgenobservatorium. Forskerne håbede, at de supplerende data ville afsløre et supermassivt sort hul, der fester på materie og spytte røntgenstråler ud i hjertet af hver galakse i disse fusionerende par. Det er vigtigt at indtaste røntgenstråler, da disse genstande er skåret i skyer af støv og gas, der blokerer for andre typer lys.
Men det viste sig, at et par ikke var sådan - den nye forskning. Det målrettede system er formelt kendt som SDSS J084905.51 + 111447.2, men lad os bestemt ikke kalde det det. Den forkortede version af dens navn er SDSS J0849 + 1114; lad os heller ikke kalde det det. Kan vi bare kalde det Triple? Tusind tak.
Under alle omstændigheder sluttede Pfeifle sig til projektet for at analysere Chandra-observationer af Triple og andre potentielle fusioner. Første gang han kiggede gennem Triple-dataene, så det lige så lovende ud som de andre potentielle duoer. Det var først, da han gendrev dataene igen, at han indså, at noget var anderledes.
”Da jeg netop havde set på røntgenbillede, havde jeg faktisk ikke forstået, at de var tre røntgenkilder, bare fordi jeg var en naiv ung kandidatstuderende,” sagde Pfeifle. Men så tilføjede han også optiske data om området. ”Da jeg lagde det op, klikkede pludselig tingene, og jeg sagde: 'Åh, vent et øjeblik, det er noget, der foregår der.'” Resultatet var en to-årig besættelse for at afgøre, om der virkelig var tre fusionerende supermassive sorte hulgalakser. .
(Triple har også fanget andre forskeres øjne. Et separat team af videnskabsfolk har også konkluderet, at Triple sandsynligvis er tre kolliderende supermassive sorte hulgalakser, der er baseret på nogle overlappende og nogle unikke data. Disse forskere postede deres analyse til præ-printerserveren arXiv.org i juli og afviste et interview med Space.com på det tidspunkt, fordi det var under peer review til offentliggørelse. "De kom til en lignende konklusion," sagde Satyapal, der tilføjede, at deres team begyndte at skrive deres resultater i februar. "Det er dejligt at se, at der er bekræftelse.")
Pfeifle og Satyapals forskning antyder, at Triple er tre galakser, der måske kolliderer - selvom de simpelthen kunne græsser hinanden, ikke tæt nok til at synke ned i en endelig spiral. Hvis det er en sand fusion, kan videnskabsmændene ikke være helt sikre på, hvor langt langs den enorme kollision kan være, selvom en sådan fusion fra start til slut sandsynligvis tager omkring en million år.
Lige nu er galakserne mellem 11.000 og 23.800 lysår bortset fra hinanden. En af trioen skjuler bestemt et fodring af supermassivt sort hul i midten; de to andre ser ud til også, men viser ikke det samme signal som det første, sagde forskerne.
Modsat set kan systemer som Triple være mere informative end parret, som holdet faktisk jagtede. To-delt fusioner kan kravle sammen, hvilket tager længere tid end universets levetid for at slutte sig sammen, men tilstedeværelsen af en tredje galakse synes sandsynligvis at skubbe sammen kollisionen ud fra simuleringer, som forskere har kørt over sådanne begivenheder.
Disse simuleringer antyder også, hvad der kunne blive af Triple, hvis det er galakser kolliderer en dag. "Der ville stadig være en galakse, slags denne togvrak oprindeligt," sagde Satyapal. Dynamikken i en kollision kan fordreje individuelle galakser, der måske er begyndt, som f.eks. Delikat strukturerede hvirvler af stjerner som vores egen Mælkevej, til noget, der ikke er anerkendt.
"Vi tror, at disse fusioner ikke bare vokser det sorte hul, men de omdanner faktisk en diskgalakse til en kæmpe elliptiske galakser," sagde Satyapal. "Du har bare en stor stjernekugle med et enormt sort hul."
Forskningen er beskrevet i et papir postet den 7. august til preprint-serveren arXiv.org og accepteret til offentliggørelse i The Astrophysical Journal.
- Vores røntgenunivers: fantastiske fotos af NASAs Chandra røntgenobservatorium
- Se røntgenstrålens kvarter for det første nogensinde sort hulfoto i dette rumteleskopudsigt
- NASA afslører fantastiske kosmiske udsigter, da Chandra X-Ray Observatory bliver 20 år
