Astronomer har upptäckt en kosmisk en-två-stämpel som inte liknar någon någonsin tidigare. Två av de mest kraftfulla fenomenen i universum, ett supermassivt svart hål, och kollisionen av gigantiska galaxhopar, har kombinerats för att skapa en fantastisk kosmisk partikelaccelerator.

Genom att kombinera data från NASA:s Chandra X-ray Observatory, Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) i Indien, NSF:s Karl G. Jansky Very Large Array, och andra teleskop, forskare har tagit reda på vad som händer när materia som kastas ut av ett gigantiskt svart hål sveps upp i en sammanslagning av två enorma galaxhopar.

"Vi har sett vart och ett av dessa spektakulära fenomen separat på många ställen, " sa Reinout van Weeren från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) i Cambridge, Massa., som ledde studien som visas i det första numret av tidskriften Natur astronomi . "Detta är första gången, dock, att vi såg dem tydligt kopplade samman i samma system."

Denna kosmiska dubbla whammy finns i ett par kolliderande galaxhopar som kallas Abell 3411 och Abell 3412, som ligger cirka två miljarder ljusår från jorden. De två klustren är båda väldigt massiva, var och en väger ungefär en kvadrillion – eller en miljon miljarder – gånger solens massa.

Det kometformade utseendet på de röntgenstrålar som detekteras av Chandra produceras av het gas från ett kluster som plöjer genom den heta gasen från det andra klustret. Optiska data från Keck Observatory och Japans Subaru-teleskop, båda på Mauna Kea, Hawaii, upptäckte galaxerna i varje kluster.

Först, minst ett snurrande, supermassiva svarta hål i en av galaxhoparna producerade ett roterande, hårt lindad magnetisk tratt. De kraftfulla elektromagnetiska fälten associerade med denna struktur har accelererat en del av den inströmmande gasen bort från närheten av det svarta hålet i form av en energisk, höghastighetsjet.

Sedan, dessa accelererade partiklar i jetstrålen accelererades igen när de mötte kolossala chockvågor – kosmiska versioner av ljudbommar som genererades av överljudsflygplan – producerade av kollisionen av de massiva gasmolnen som är associerade med galaxhoparna.

"Det är nästan som att skjuta upp en raket i låg omloppsbana om jorden och sedan bli skjuten ut ur solsystemet av en andra raketexplosion, " sa medförfattaren Felipe Andrade-Santos, även av CfA. "Dessa partiklar är bland de mest energirika partiklar som observerats i universum, tack vare den dubbla energiinsprutningen."

Denna upptäckt löser ett långvarigt mysterium inom galaxklusterforskning om ursprunget till vackra virvlar av radioemission som sträcker sig i miljontals ljusår, upptäckt i Abell 3411 och Abell 3412 med GMRT.

Teamet fastställde att när chockvågorna färdas över klustret i hundratals miljoner år, de dubbelt accelererade partiklarna producerar gigantiska virvlar av radiostrålning.

"Detta resultat visar att en anmärkningsvärd kombination av kraftfulla händelser genererar dessa partikelaccelerationsfabriker, som är de största och mäktigaste i universum, " sa medförfattaren William Dawson från Lawrence Livermore National Lab i Livermore, Kalifornien "Det är lite poetiskt att det krävdes en kombination av världens största observatorier för att förstå detta."

Dessa resultat presenterades vid det 229:e mötet av American Astronomical Society-mötet i Grapevine, TX. NASA:s Marshall Space Flight Center i Huntsville, Alabama, hanterar Chandra-programmet för NASA:s Science Mission Directorate i Washington. Smithsonian Astrophysical Observatory i Cambridge, Massachusetts, kontrollerar Chandras vetenskap och flygverksamhet.