Optische gegevens van de Hubble-ruimtetelescoop en de Sloan Digital Sky Survey worden getoond met röntgenobservaties verzameld door de Chandra-ruimtetelescoop, die elk SDSS J084905.51 + 111447.2 laten zien, waarvan wetenschappers denken dat het een drievoudige zwarte-gatfusie is.
(Afbeelding: © X-ray: NASA / CXC / George Mason Univ./R. Pfeifle et al .; Optisch: SDSS & NASA / STScI)
Neem drie van de meest massieve objecten in het universum, knal ze samen met hun omringende sterrenstelsels samen, en het vuurwerk zal ongetwijfeld verbazingwekkend zijn - en misschien zullen wetenschappers ooit de botsing zien.
Die dag is nog niet helemaal gekomen. Maar nu zijn astronomen in de buurt gekomen en hebben ze gezien wat de aanloop zou kunnen zijn tot zo'n enorme fusie: drie sterrenstelsels, die elk waarschijnlijk een superzware massa verbergen zwart gat in hun hart zitten allemaal op een aanvaringskoers die wetenschappers zou kunnen helpen begrijpen waarom het universum er zo uitziet.
"Omdat deze systemen zo zeldzaam zijn, weten we er eigenlijk niet zo veel van als populatie, daarom is het belangrijk om er meer te vinden", Ryan Pfeifle, hoofdauteur van nieuw onderzoek dat de bevinding beschrijft en een doctoraatsstudent in astronomie aan de George Mason University, vertelde Space.com. "Als we meer kunnen vinden, kunnen we ze als een populatie bestuderen en zeggen: 'Oké, in het algemeen is dit hoe deze systemen zich gedragen.'"
Het samenvoegen van zwarte gaten klinkt misschien als oud nieuws, maar deze gebeurtenis lijkt in niets op de botsingen die wetenschappers de afgelopen jaren door zwaartekrachtgolven hebben 'gehoord'. Deze signalen worden geproduceerd door botsingen van zwarte gaten dat kan elk hooguit een paar dozijn maal de massa van onze zon zijn, als twee druppels die moeiteloos over een regenjas samensmelten.
Elk van de superzware zwarte gaten betrokken bij het nieuwe onderzoek bevat de massa van honderden miljoenen zonnen en is omgeven door hele sterrenstelsels van sterren en planeten en manen. Hun botsing zou zijn als twee woeste rivieren die door een dam breken en het landschap hervormen met overstromingen. Zo'n gebeurtenis zou zwaartekrachtgolven veroorzaken, maar van zo'n ongelooflijke lengte dat moderne detectoren ze gewoon niet kunnen waarnemen.
Maar het zijn dit soort interacties waarvan astronomen geloven dat ze cruciaal zijn om het universum te maken tot hoe het er nu uitziet, bezaaid met mysterieuze superzware zwarte gaten. "Niemand weet echt hoe ze zo vroeg in de geschiedenis van het universum zo enorm kunnen worden," vertelde Shobita Satyapal, Pfeifle's adviseur en co-auteur en een astrofysicus aan de George Mason University, aan Space.com. 'Een van de meest overtuigende mechanismen waar ze snel kunnen groeien, is door deze samensmelting van sterrenstelsels.'
De onderzoekers wilden dus proberen zo'n fusie op te sporen voordat het gebeurde. Vrijwillige data-analisten hadden een verzameling doelen gemarkeerd op basis van metingen van infrarood licht als potentiële locaties waar twee volwassen sterrenstelsels in botsing kwamen.
"We besloten om zwarte gaten te zoeken met technieken die nog nooit eerder waren gebruikt, technieken die gevoelig zijn voor verduistering", zei Satyapal. "Het is een soort nieuwe benadering om te zoeken naar deze voedende zwarte gaten met behulp van tools die traditioneel niet zijn gebruikt in deze late fase van interacties."
Het team achter het nieuwe onderzoek verzamelde aanvullende waarnemingen van deze plaatsen met behulp van Chandra X-ray Observatory van NASA. De wetenschappers hoopten dat de aanvullende gegevens een superzwaar zwart gat zouden onthullen dat zich tegoed deed aan materie en röntgenstralen uitspuwde in het hart van elk sterrenstelsel in deze samensmeltende paren. Het invoeren van röntgenstralen is belangrijk, omdat deze objecten zijn gehuld in stof- en gaswolken die andere soorten licht blokkeren.
Maar één paar bleek niet zo te zijn - vandaar het nieuwe onderzoek. Het doelsysteem staat formeel bekend als SDSS J084905.51 + 111447.2, maar laten we het zeker niet zo noemen. De verkorte versie van zijn naam is SDSS J0849 + 1114; laten we het ook niet zo noemen. Kunnen we het gewoon de Triple noemen? Hartelijk bedankt.
Hoe dan ook, Pfeifle sloot zich aan bij het project om de Chandra observaties van de Triple en andere potentiële fusies. De eerste keer dat hij de Triple-gegevens bekeek, zag het er net zo veelbelovend uit als de andere potentiële duo's. Pas toen hij de gegevens opnieuw bezocht, realiseerde hij zich dat er iets anders was.
'Toen ik net naar het röntgenbeeld keek, had ik me niet gerealiseerd dat het drie röntgenbronnen waren, alleen omdat ik een naïeve jonge afgestudeerde student was', zei Pfeifle. Maar toen voegde hij ook optische gegevens toe over het gebied. "Toen ik het op een rijtje zette, klikte het plotseling en zei ik: 'Oh, wacht even, dat is iets raar aan de hand.' .
(De Triple heeft ook de aandacht van andere onderzoekers getrokken. Een apart team van wetenschappers heeft ook geconcludeerd dat de Triple waarschijnlijk drie botsende superzware sterrenstelsels met een zwart gat zijn, gebaseerd op overlappende en enkele unieke gegevens. Die onderzoekers hebben gepost hun analyse naar de pre-printserver arXiv.org in juli, en weigerde destijds een interview met Space.com omdat het onder peer review stond voor publicatie. "Ze kwamen tot een vergelijkbare conclusie", zei Satyapal, die eraan toevoegde dat hun team in februari hun resultaten begon op te schrijven. 'Het is leuk om te zien dat er bevestiging is.')
Uit het onderzoek van Pfeifle en Satyapal blijkt dat de Triple drie sterrenstelsels is die misschien met elkaar in botsing komen - hoewel ze elkaar eenvoudig zouden kunnen laten grazen, niet dicht genoeg om in een definitieve spiraal weg te zinken. Als het een echte fusie is, kunnen de wetenschappers niet helemaal zeker zijn hoe ver de massale botsing zou kunnen zijn, hoewel zo'n fusie van begin tot eind waarschijnlijk ongeveer een miljoen jaar duurt.
Op dit moment liggen de sterrenstelsels tussen 11.000 en 23.800 lichtjaren apart van elkaar. Een van de trio's verbergt absoluut een voedend superzwaar zwart gat in het midden; de andere twee lijken dat ook, maar vertonen niet hetzelfde veelbetekenende signaal als de eerste, aldus de onderzoekers.
Contra-intuïtief zijn systemen zoals de Triple wellicht informatiever dan de paren waar het team eigenlijk op jaagde. Tweedelige fusies kunnen kruipen en het duurt langer dan de levensduur van het universum om zich aan te sluiten, maar de aanwezigheid van een derde sterrenstelsel lijkt de botsing waarschijnlijk een duwtje in de rug te geven, te oordelen naar simulaties die wetenschappers van dergelijke gebeurtenissen hebben meegemaakt.
Die simulaties suggereren ook wat er van de Triple zou kunnen worden als deze zou zijn sterrenstelsels botsen ooit. 'Er zou nog steeds een melkwegstelsel zijn, aanvankelijk een soort van treinwrak,' zei Satyapal. De dynamiek van een botsing kan individuele sterrenstelsels die bijvoorbeeld zijn begonnen als subtiel gestructureerde wervelingen van sterren zoals onze eigen Melkweg, vervormen tot iets dat onherkenbaar is.
'We denken dat deze fusies niet alleen het zwarte gat laten groeien, maar in feite een schijfstelsel veranderen in gigantische elliptische sterrenstelsels', zei Satyapal. 'Je hebt gewoon een grote bal sterren met een enorm zwart gat.'
Het onderzoek wordt beschreven in een krant geplaatst op 7 augustus op de preprint-server arXiv.org en geaccepteerd voor publicatie in The Astrophysical Journal.
- Ons röntgenuniversum: verbluffende foto's van Chandra X-Ray Observatory van NASA
- Bekijk de röntgenomgeving van de allereerste foto met een zwart gat in deze ruimtetelescoopweergave
- NASA onthult verbazingwekkende kosmische uitzichten terwijl Chandra X-Ray Observatory 20 wordt
