Optiska data från Hubble Space Telescope och Sloan Digital Sky Survey visas med röntgenobservationer samlade av Chandra Space Telescope, var och en visar SDSS J084905.51 + 111447.2, som forskare anser är en trippel-svart-håls sammanslagning.
(Bild: © Röntgen: NASA / CXC / George Mason Univ./R. Pfeifle et al.; Optisk: SDSS & NASA / STScI)
Ta tre av de mest massiva föremålen i universumet, smoosh dem och deras omgivande galaxer tillsammans, och fyrverkerierna kommer säkert att vara häpnadsväckande - och kanske, en dag, kommer forskare att se kollisionen.
Den dagen har inte kommit helt än. Men nu har astronomer kommit nära och upptäckt vad som kan vara inledningen till en så massiv sammanslagning: Tre galaxer som vardera döljer ett supermassiv svart hål i sitt hjärta är alla på en kollisionskurs som kan hjälpa forskare att förstå varför universumet ser ut som det ser ut.
"Eftersom dessa system är så sällsynta, vet vi faktiskt inte så mycket om dem som befolkning, varför det är viktigt att hitta fler av dem," Ryan Pfeifle, huvudförfattare till ny forskning som beskriver upptäckten och en doktorand i astronomi vid George Mason University, berättade för Space.com. "Om vi kan hitta mer kan vi studera dem som en befolkning och säga: 'OK, i allmänhet är det så som dessa system tenderar att bete sig.'"
Att slå samman svarta hål kan låta som gamla nyheter, men denna händelse är ingenting som de kollisioner som forskare har "hört" genom gravitationsvågor bara under de senaste åren. Dessa signaler produceras av kollisioner av svarta hål som var och en kan vara högst ett dussin gånger massan av vår sol, som två droppar som enkelt slås samman på en regnjacka.
Var och en av supermassiva svarta hål involverad i den nya forskningen innehåller massan av hundratals miljoner solar och är omgiven av hela galaxer av stjärnor och planeter och månar. Deras kollision skulle vara som två rasande floder som bryter igenom en dam och omformar landskapet med översvämningar. En sådan händelse skulle skapa gravitationsvågor, men av så otrolig längd att moderna detektorer helt enkelt inte kan känna dem.
Men det är dessa slags interaktioner som astronomer tror är avgörande för att göra universum till hur det ser ut idag, besatt med mystiskt supermassiva svarta hål. "Ingen vet verkligen hur de kan bli så massiva ganska tidigt i universums historia," berättade Shobita Satyapal, Pfeifles rådgivare och medförfattare och en astrofysiker vid George Mason University, Space.com. "En av de mest övertygande mekanismerna där de kan växa snabbt är genom dessa galaxfusioner."
Så forskarna ville försöka upptäcka en sådan sammanslagning innan det hände. Frivilliga dataanalytiker hade markerat en samling mål baserade på mätningar av infrarött ljus som potentiella platser där två mogna galaxer kolliderade.
"Vi beslutade att leta efter utfodring av svarta hål med hjälp av tekniker som aldrig hade använts tidigare, tekniker som var känsliga för otydlighet," sade Satyapal. "Det är en ny metod att leta efter dessa matande svarta hål med hjälp av verktyg som inte traditionellt har använts i dessa senfasinteraktioner."
Teamet bakom den nya forskningen samlade ytterligare observationer av dessa platser med NASAs Chandra röntgenobservatorium. Forskarna hoppades att tilläggsuppgifterna skulle avslöja ett supermassivt svart hål som äter materia och spottar ut röntgenstrålar i hjärtat av varje galax i dessa sammanslagna par. Det är viktigt att inrymma röntgenstrålar eftersom dessa föremål spåras i moln av damm och gas som blockerar andra typer av ljus.
Men ett par, visade det sig, var inget sådant - därmed den nya forskningen. Det riktade systemet är formellt känt som SDSS J084905.51 + 111447.2, men låt oss definitivt inte kalla det så. Den förkortade versionen av dess namn är SDSS J0849 + 1114; låt oss inte heller kalla det så. Kan vi bara kalla det trippeln? Tack så mycket.
Hur som helst, Pfeifle gick med i projektet för att analysera Chandra observationer av Triple och andra potentiella sammanslagningar. Första gången han tittade igenom Triple-data såg det lika lovande ut som de andra potentiella duosna. Det var först när han besökte uppgifterna att han insåg att något var annorlunda.
"När jag just såg på röntgenbilden hade jag inte insett att de var tre röntgenkällor bara för att jag var en naiv ung doktorand," sa Pfeifle. Men sedan tilllade han optiska data om området också. "När jag klädde upp det, plötsligt klickade saker och jag sa: 'Åh, vänta en sekund, det är något som fiskar händer där.' Resultatet var en tvåårig besatthet för att avgöra om det verkligen fanns tre sammanslagna supermassiva svarthål galaxer .
(Triple har fångat andra forskares ögon också. Ett separat team av forskare har också dragit slutsatsen att Triple troligen är tre kolliderande supermassiva galax med svart hål, baserat på viss överlappning och några unika data. Dessa forskare publicerade deras analys till förtrycksservern arXiv.org i juli och avslog en intervju med Space.com vid den tiden eftersom den var under peer review för publicering. "De kom till en liknande slutsats," sa Satyapal, som tilllade att deras team började skriva upp sina resultat i februari. "Det är trevligt att se att det finns bekräftelse.")
Pfeifle och Satyapals forskning påstår att Triple är tre galaxer som kanske kolliderar - även om de helt enkelt kunde bete varandra, inte tillräckligt nära för att sjunka ner i en slutlig spiral. Om det är en riktig sammanslagning kan forskarna inte vara säkra på hur långt den enorma kollisionen kan vara, även om en sådan sammanslagning från början till slut troligen tar ungefär en miljon år.
Just nu är galaxerna mellan 11 000 och 23 800 ljusår bortsett från varandra. En av trioen döljer definitivt ett matande supermassivt svart hål i mitten; de andra två verkar också, men visar inte samma signal som den första, sa forskarna.
Motsatt kan system som Triple vara mer informativa än paren som laget faktiskt jaktade på. Tvådelade sammanslagningar kan krypa längre, det tar längre tid än universumets livslängd för att gå med, men närvaron av en tredje galax verkar troligtvis knuffa samman kollisionen, enligt simuleringar som forskare har kört av sådana händelser.
Dessa simuleringar föreslår också vad som kan bli av Triple om dess galaxer kolliderar en dag. "Det skulle fortfarande finnas en galax, typ av detta tågbrott inledningsvis", sa Satyapal. Dynamiken i en kollision kan förvränga enskilda galaxer som kan ha börjat, säger, som delikat strukturerade virvlar av stjärnor som vårt eget Vinterväg, till något som är okänt.
"Vi tror att dessa sammanslagningar inte bara växer det svarta hålet, utan de förvandlar faktiskt en skivgalax till en jätte elliptiska galax," sa Satyapal. "Du har bara en stor boll av stjärnor med ett enormt svart hål."
Forskningen beskrivs i ett papper publicerad den 7 augusti på preprint-servern arXiv.org och accepterades för publicering i The Astrophysical Journal.
- Our X-Ray Universe: Amazing Photos by NASAs Chandra X-Ray Observatory
- Se röntgengrannskapet för det första någonsin svarta hålfotoet i denna rymdteleskopvy
- NASA avslöjar fantastiska kosmiska vyer när Chandra röntgenobservatorium vänder 20
