Het bestaan ​​van grote aantallen moleculen in winden die worden aangedreven door superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels heeft astronomen voor een raadsel gesteld sinds ze meer dan tien jaar geleden werden ontdekt. Moleculen traceren de koudste delen van de ruimte, en zwarte gaten zijn de meest energetische verschijnselen in het universum, dus het vinden van moleculen in winden van zwarte gaten was als het ontdekken van ijs in een oven.

Astronomen vroegen zich af hoe iets de hitte van de energetische uitstroom zou kunnen overleven, maar een nieuwe theorie van onderzoekers van het Centre for Interdisciplinary Research and Exploration in Astrophysics (CIERA) van de Northwestern University voorspelt dat deze moleculen helemaal geen overlevenden zijn, maar gloednieuwe moleculen, geboren in de wind met unieke eigenschappen die hen in staat stellen zich aan te passen aan en te gedijen in de vijandige omgeving.

De theorie, gepubliceerd in de Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society , is het werk van Lindheimer postdoctoraal fellow Alexander Richings, die de computercode heeft ontwikkeld die, Voor de eerste keer, modelleerde de gedetailleerde chemische processen die plaatsvinden in interstellair gas dat wordt versneld door straling die wordt uitgezonden tijdens de groei van superzware zwarte gaten. Claude-André Faucher-Giguère, die de vorming en evolutie van sterrenstelsels bestudeert als assistent-professor aan het Weinberg College of Arts and Sciences in Northwestern, is co-auteur.

"Als een wind van een zwart gat gas opzuigt uit zijn gaststelsel, het gas wordt verwarmd tot hoge temperaturen, die alle bestaande moleculen vernietigen, Richings zei. "Door de moleculaire chemie te modelleren in computersimulaties van winden van zwarte gaten, we ontdekten dat dit opgeveegde gas vervolgens kan afkoelen en nieuwe moleculen kan vormen."

Deze theorie beantwoordt vragen die zijn gerezen door eerdere waarnemingen die zijn gedaan met verschillende geavanceerde astronomische observatoria, waaronder het Herschel Space Observatory en de Atacama Large Millimeter Array, een krachtige radiotelescoop in Chili.

in 2015, astronomen bevestigden het bestaan ​​van energetische uitstromen van superzware zwarte gaten in het centrum van de meeste sterrenstelsels. Deze uitstromen doden alles op hun pad, het voedsel - of de moleculen - verdrijven die de stervorming voeden. Deze winden worden ook verondersteld verantwoordelijk te zijn voor het bestaan ​​van "rode en dode" elliptische sterrenstelsels, waarin geen nieuwe sterren kunnen worden gevormd.

Vervolgens, in 2017, astronomen observeerden snel bewegende nieuwe sterren die zich in de wind vormden - een fenomeen waarvan ze dachten dat het onmogelijk zou zijn gezien de extreme omstandigheden in door zwarte gaten aangedreven uitstromen.

Nieuwe sterren ontstaan ​​uit moleculair gas, dus de nieuwe theorie van de vorming van moleculen van Richings en Faucher-Giguère helpt de vorming van nieuwe sterren in winden te verklaren. Het bevestigt eerdere voorspellingen dat winden van zwarte gaten moleculen vernietigen bij de eerste botsing, maar voorspelt ook dat nieuwe moleculen - waaronder waterstof, koolmonoxide en water - kunnen zich in de wind zelf vormen.

"Dit is de eerste keer dat het vormingsproces van moleculen in detail is gesimuleerd, en naar onze mening het is een zeer overtuigende verklaring voor de waarneming dat moleculen alomtegenwoordig zijn in superzware winden van zwarte gaten, dat een van de grootste onopgeloste problemen op dit gebied is geweest, ' zei Faucher-Giguère.

Richings en Faucher-Giguère voorspellen dat de nieuwe moleculen die in de wind worden gevormd, warmer en helderder zijn in infraroodstraling in vergelijking met reeds bestaande moleculen. Die theorie wordt op de proef gesteld wanneer NASA in het voorjaar van 2019 de James Webb Space Telescope lanceert. Als de theorie klopt, de telescoop kan de uitstroom van zwarte gaten in detail in kaart brengen met behulp van infraroodstraling.