Ett team av forskare från Clemson University College of Science, i samarbete med internationella kollegor, har rapporterat den första definitiva upptäckten av en relativistisk jet som kommer från två kolliderande galaxer – i huvudsak, det första fotografiska beviset på att sammanslagna galaxer kan producera strålar av laddade partiklar som färdas med nästan ljusets hastighet.

Vidare, forskare hade tidigare upptäckt att dessa jetstrålar kunde hittas i elliptiska galaxer, som kan bildas vid sammanslagning av två spiralgalaxer. Nu, de har en bild som visar bildandet av en jet från två yngre, spiralformade galaxer.

"För första gången, vi har hittat två spiral- eller skivformade galaxer på väg för en kollision som har skapat en begynnande, babyjet som precis har börjat sitt liv i centrum av en av galaxerna, " sa Vaidehi Paliya, en tidigare Clemson post-doc forskare och huvudförfattare till resultaten som rapporterats i Astrofysisk tidskrift den 7 april, 2020.

Tidningen har titeln "TXS 2116-077:A gamma-ray emitting relativistic jet hosted in a galaxy merger." Förutom Paliya, som nu är på Deutsches Elektronen Synchrotron (DESY) i Tyskland, de andra Clemson-författarna inkluderar docent Marco Ajello, professor Dieter Hartmann, och adjungerad professor Stefano Marchesi vid institutionen för fysik och astronomi.

Det faktum att jetplanet är så ungt gjorde det möjligt för forskarna att tydligt se dess värd.

Enligt Ajello, andra har redan avbildat galaktiska kollisioner många gånger. Men han och hans kollegor är de första att fånga två galaxer som smälter samman där det finns en fullformad jet som pekar på oss – om än, en mycket ung, och därmed ännu inte tillräckligt ljus för att förblinda oss.

"Vanligtvis, en jet sänder ut ljus som är så kraftfullt att vi inte kan se galaxen bakom den, ", sa Marchesi. "Det är som att försöka titta på ett föremål och någon riktar en ljus ficklampa i dina ögon. Allt du kan se är ficklampan. Denna jet är mindre kraftfull, så att vi faktiskt kan se galaxen där den föds."

Jets är de mest kraftfulla astrofysiska fenomenen i universum. De kan avge mer energi till universum på en sekund än vad vår sol kommer att producera under hela sin livstid. Den energin är i form av strålning, som intensiva radiovågor, röntgenstrålar, och gammastrålar.

"Jets är de bästa acceleratorerna i universum - mycket bättre än superkolliderarna vi har på jorden, sade Hartmann, hänvisar till acceleratorer som används i högenergifysikstudier.

Jets troddes vara födda från äldre, elliptisk-formade galaxer med en aktiv galaktisk kärna (AGN), som är ett supermassivt svart hål som finns i dess centrum. Som referenspunkt, Forskare tror att alla galaxer har centralt belägna supermassiva svarta hål, men inte alla är AGN. Till exempel, vår Vintergatans massiva svarta hål är vilande.

Forskare har en teori om att AGN växer sig större genom att gravitationsmässigt dra in gas och damm genom en process som kallas accretion. Men inte all denna materia hamnar i det svarta hålet. En del av partiklarna accelereras och spys utåt i smala strålar i form av strålar.

"Det är svårt att få bort gas från galaxen och få den att nå dess centrum, ", förklarade Ajello. "Du behöver något för att skaka galaxen lite för att få gasen att komma dit. Att sammansmälta eller kollidera mellan galaxer är det enklaste sättet att flytta gasen, och om tillräckligt med gas rör sig, då kommer det supermassiva svarta hålet att bli extremt ljust och kan potentiellt utveckla en jet."

Ajello tror att lagets bild fångade de två galaxerna, en Seyfert 1-galax känd som TXS 2116-077 och en annan galax med liknande massa, eftersom de kolliderade för andra gången på grund av mängden gas som sågs på bilden.

"Så småningom, all gas kommer att drivas ut i rymden, och utan gas, en galax kan inte längre bilda stjärnor, "Ajello sa. "Utan gas, det svarta hålet kommer att stängas av och galaxen kommer att ligga i dvala."

Miljarder år från nu, vår egen Vintergatan kommer att smälta samman med den närliggande Andromedagalaxen.

"Forskare har utfört detaljerade numeriska simuleringar och förutspått att denna händelse i slutändan kan leda till bildandet av en gigantisk elliptisk galax, " sa Paliya. "Beroende på de fysiska förhållandena, den kan vara värd för en relativistisk jet, men det är i en avlägsen framtid."

Teamet tog bilden med ett av de största landbaserade teleskopen i världen, Subaru 8,2-meters optiska infraröda teleskop som ligger på ett bergstopp på Hawaii. De utförde efterföljande observationer med Gran Telescopio Canarias och William Herschel Telescope på ön La Palma utanför Spaniens kust, samt med NASA:s Chandra X-Ray Observatory rymdteleskop.