Met behulp van gegevens van de CALIFA Integral Field Spectroscopy (IFS)-enquête en geavanceerde modelleringstools, onderzoekers van het Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) hebben belangrijke resultaten verkregen over de centrale bolvormige component (de uitstulping) in spiraalstelsels zoals de Melkweg, nieuw licht werpen op het begrip van galactische evolutie. De resultaten zijn gepubliceerd in het laatste nummer van Astronomie en astrofysica .

Het kostte verschillende jaren en veel rekenkracht om ongeveer een half miljoen spectra te analyseren van een monster dat alle morfologische typen niet-interagerende spiraalstelsels omvat. Het team deed de eerste metingen van de leeftijdsvariatie van sterren in de uitstulping, van het centrum naar de periferie, en bepaald hoe dit leeftijdsverschil zich verhoudt tot andere eigenschappen van sterrenstelsels, zoals het bestaan ​​van actieve galactische kernen (AGN) en de totale massa van sterren in de melkweg.

De studie onthulde dat de stellaire populatie in het centrum van de meest massieve spiraalstelsels ouder is dan de sterren aan de rand van de uitstulping, terwijl in sterrenstelsels met een lage massa, het tegenovergestelde gebeurt - de jongste sterren bevolken het midden van de uitstulping, en de ouderen bevinden zich in de periferie. Dit resultaat is in overeenstemming met een eerdere studie van het team, die al sterk bewijs had gevonden voor een verenigd scenario voor de vorming van spiraalstelsels. In tegenstelling tot eerdere hypothesen, spiraalstelsels met lage en hoge massa verschijnen op dezelfde manier, hoewel sterrenstelsels met een hoge massa eerder en sneller door dezelfde formatiestadia gaan dan hun tegenhangers met een lagere massa.

Deze metingen kunnen worden gebruikt om de impact van een AGN op de uitstulping (en dus galactische) evolutie te schatten. Het feit dat de massa van een uitstulping nauw verbonden is met die van het superzware zwarte gat dat de AGN aandrijft, wijst op een nauw fysiek verband tussen de groei van sterrenstelsels en hun superzware zwarte gaten. Het begrijpen van de vorming en evolutie van uitstulpingen is daarom onontbeerlijk om te begrijpen hoe superzware zwarte gaten werden geboren in het tijdperk van reïonisatie. en hoe ze de evolutie van sterrenstelsels beïnvloedden.

IA-onderzoeker Iris Breda, de hoofdauteur van het artikel, ontwikkelde het grootste deel van dit werk tijdens haar onlangs voltooide Ph.D. bij IA en de bètafaculteit van de universiteit van Porto. Ze zegt, "Er zijn veel belangrijke lessen die we uit onze studie kunnen trekken, de meest relevante is dat uitstulpingen die worden gehost door massieve spiraalvormige sterrenstelsels niet kunnen zijn gevormd in een snelle en gewelddadige stervormingsepisode zoals algemeen wordt aangenomen. Integendeel, deze resultaten ondersteunen een scenario waarin deze uitstulpingen geleidelijk worden gevormd binnen 2 tot 4 miljard jaar. Samen met onze eerdere resultaten, onze recente studie ondersteunt de hypothese dat de minst massieve sterrenstelsels, die nu actief sterren vormen in het centrum van hun uitstulpingen, momenteel lijken op een verkleinde versie van de meest massieve spiraalstelsels in hun vroege evolutionaire stadia."

FCT-onderzoeker Polychronis Papaderos, leider van de IA-studies over de assemblagegeschiedenis van sterrenstelsels opgelost in ruimte en tijd, zegt, "Een AGN evacueert de uitstulping van koud gas, en sluit daarom stervorming af, eerst in het centrale deel, en naarmate de tijd vordert, in zijn periferie. Dit fenomeen resulteert in een afname van de gemiddelde leeftijd van stellaire populaties als we van het centrum naar de periferie van de uitstulping gaan. Door gebruik te maken van dit feit, we hebben een methode uitgevonden om de gemiddelde snelheid te schatten voor het uitdoven van stervorming binnenstebuiten, aangedreven door de AGN. De relatief lage snelheid die we afleiden (1-2 km/s) impliceert dat de toename van AGN-activiteit niet leidt tot een catastrofale episode van plotselinge verwijdering van gas en een abrupte beëindiging van stervorming door de hele uitstulping."

De deelname van IA's team aan radio-onderzoeken zoals de Evolutionaire Kaart van het universum (EMU) biedt ideale omstandigheden voor een ongekend gedetailleerde studie van de interactie van AGN's met het omringende gas in galactische kernen door middel van diepe radio-interferometrie. Hierdoor kunnen ze op zoek naar kleinschalige radiojets in uitstulpingen, die volgens hen onopgemerkt bleven in eerdere radio-interferometrie-waarnemingen met lage resolutie.

De studie van AGN-activiteit sinds het tijdperk van reïonisatie en de impact ervan op galactische evolutie vormt een van de belangrijkste onderzoeksassen bij IA.

IA-coördinator José Afonso van de bètafaculteit van de Universiteit van Lissabon zegt:"De fijnere details van de vorming en evolutie van sterrenstelsels worden eindelijk onderzocht, het afstemmen van ongekende waarnemingen met revolutionaire rekenhulpmiddelen en modellering. Deze technieken zullen binnenkort naar het volgende niveau gaan, aangezien we een nieuwe gaan installeren, krachtige spectrograaf, MANEN, bij ESO's Very Large Telescope. We zullen dan toegang hebben tot gedetailleerde observaties van miljoenen sterrenstelsels tijdens de hoogtijdagen van de evolutie van sterrenstelsels in het universum, toen het heelal minder dan de helft van zijn huidige leeftijd was. IA-onderzoekers zullen er zijn, het verkennen van die nieuwe waarnemingen en helpen om de assemblagegeschiedenis van sterrenstelsels beter te begrijpen."