Det første fotobevis nogensinde på en kraftfuld jet, der dukker op fra kolliderende galakser

Et team af forskere fra Clemson University College of Science, i samarbejde med internationale kolleger, har rapporteret den første endelige påvisning af en relativistisk stråle, der dukker op fra to kolliderende galakser - i det væsentlige, det første fotografiske bevis på, at fusionerende galakser kan producere stråler af ladede partikler, der rejser med næsten lysets hastighed.

Desuden, videnskabsmænd havde tidligere opdaget, at disse jetfly kunne findes i elliptisk-formede galakser, som kan dannes ved sammensmeltning af to spiralgalakser. Nu, de har et billede, der viser dannelsen af ​​et jetfly fra to yngre, spiralformede galakser.

"For første gang, vi har fundet to spiral- eller skiveformede galakser på vej til en kollision, der har frembragt en begyndende, babyjet, der lige har startet sit liv i centrum af en af ​​galakserne, " sagde Vaidehi Paliya, en tidligere Clemson post-doc forsker og hovedforfatter af resultaterne rapporteret i Astrofysisk tidsskrift den 7. april, 2020.

Papiret har titlen "TXS 2116-077:En gammastråleudsendende relativistisk jet, der hostes i en galaksefusion." Ud over Paliya, som nu er på Deutsches Elektronen Synchrotron (DESY) i Tyskland, de andre Clemson-forfattere inkluderer lektor Marco Ajello, professor Dieter Hartmann, og adjungeret professor Stefano Marchesi fra afdelingen for fysik og astronomi.

Det faktum, at jetflyet er så ungt, gjorde det muligt for forskerne tydeligt at se dens vært.

Ifølge Ajello, andre har allerede afbilledet galaktiske kollisioner mange gange. Men han og hans kolleger er de første til at fange to galakser, der smelter sammen, hvor der er et fuldt dannet jetfly, der peger på os – omend, en meget ung, og dermed endnu ikke lys nok til at blinde os.

"Typisk, et jetfly udsender lys, der er så kraftigt, at vi ikke kan se galaksen bagved, " sagde Marchesi. "Det er som at prøve at se på en genstand, og nogen peger en lys lommelygte ind i dine øjne. Alt du kan se er lommelygten. Denne jet er mindre kraftig, så vi faktisk kan se galaksen, hvor den er født."

Jetfly er de mest kraftfulde astrofysiske fænomener i universet. De kan udsende mere energi til universet på et sekund, end vores sol vil producere i hele sin levetid. Den energi er i form af stråling, såsom intense radiobølger, røntgenstråler, og gammastråler.

"Jets er de bedste acceleratorer i universet - langt bedre end de superkollidere, vi har på Jorden, sagde Hartmann, henviser til acceleratorer brugt i højenergifysikstudier.

Jets blev antaget at være født af ældre, elliptisk-formede galakser med en aktiv galaktisk kerne (AGN), som er et supermassivt sort hul, der ligger i dets centrum. Som et referencepunkt, Forskere mener, at alle galakser har centralt beliggende supermassive sorte huller, men ikke alle af dem er AGN'er. For eksempel, vores Mælkevejs massive sorte hul er i dvale.

Forskere har en teori om, at AGN'erne vokser sig større ved at trække gas og støv ind gennem en proces kaldet tilvækst. Men ikke al denne sag samles ind i det sorte hul. Nogle af partiklerne bliver accelereret og sprøjtes udad i smalle stråler i form af stråler.

"Det er svært at fjerne gas fra galaksen og få den til at nå sit centrum, " Ajello forklarede. "Du har brug for noget til at ryste galaksen en lille smule for at få gassen til at nå dertil. Sammensmeltning eller sammenstød af galakser er den nemmeste måde at flytte gassen på, og hvis nok gas bevæger sig, så vil det supermassive sorte hul blive ekstremt lyst og potentielt kunne udvikle et jetfly."

Ajello mener, at holdets billede fangede de to galakser, en Seyfert 1-galakse kendt som TXS 2116-077 og en anden galakse med lignende masse, da de kolliderede for anden gang på grund af mængden af ​​gas, der ses på billedet.

"Til sidst, al gassen vil blive drevet ud i rummet, og uden gas, en galakse kan ikke længere danne stjerner, " sagde Ajello. "Uden gas, det sorte hul vil slukke, og galaksen vil ligge i dvale."

Milliarder af år fra nu, vores egen Mælkevej vil smelte sammen med den nærliggende Andromeda-galakse.

"Forskere har udført detaljerede numeriske simuleringer og forudsagt, at denne begivenhed i sidste ende kan føre til dannelsen af ​​en gigantisk elliptisk galakse, " sagde Paliya. "Afhængig af de fysiske forhold, det kan være vært for et relativistisk jetfly, men det er i en fjern fremtid."

Holdet tog billedet ved hjælp af et af de største landbaserede teleskoper i verden, Subaru 8,2 meter optiske infrarøde teleskop placeret på et bjergtopmøde på Hawaii. De udførte efterfølgende observationer med Gran Telescopio Canarias og William Herschel Telescope på øen La Palma ud for Spaniens kyst, samt med NASAs Chandra X-Ray Observatory rumteleskop.