science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Een enorme moleculaire instroom van een versperd sterrenstelsel

Het balkspiraalstelsel NGC1300 zoals gezien door Hubble. Astronomen denken dat galactische staven helpen om materiaal naar de nucleaire gebieden van sterrenstelsels te leiden, waar ze de vorming van sterren stimuleren en het superzware zwarte gat voeden. Het nucleaire gebied is zwaar verduisterd in de optische, maar infrarood- en submillimetergolflengten kunnen het stof doordringen. Analyses van nieuwe infraroodspectra van waterdamp en andere gassen hebben deze processen nu bevestigd en gekwantificeerd in de balkspiraal ESO320-G030. Krediet:NASA, ESA, en het Hubble Heritage-team; STScI/AURA

Grote hoeveelheden gas worden soms naar de kerngebieden van een melkwegstelsel geleid, met ingrijpende gevolgen. Het gas veroorzaakt starburst-activiteit en kan ook het superzware zwarte gat voeden, het omzetten in een actieve galactische kern (AGN); inderdaad wordt aangenomen dat de superzware zwarte gaten in AGN het grootste deel van hun massa winnen bij deze accretie-gebeurtenissen. Eventueel, uitwendige druk van supernova's, schokken, en/of AGN-activiteit beëindigen de instroom. Aangenomen wordt dat het samensmelten van sterrenstelsels een mechanisme is dat in staat is om deze massale instroom op gang te brengen door het medium te verstoren. Een minder dramatische oorzaak kan het gevolg zijn van gasstromen die worden veroorzaakt door een combinatie van galactische rotatie en de zwaartekrachtinstabiliteiten die worden gegenereerd door galactische staven, de langwerpige centrale structuren (samengesteld uit sterren) gevonden in talrijke spiraalstelsels, waaronder de Melkweg.

Wat er gebeurt met invallend gas wanneer het een nucleair gebied tegenkomt, is slecht begrepen omdat de zeer hoge verduistering rond galactische kernen optische waarnemingen een uitdaging maakt. Astronomen hebben daarom vertrouwd op gegevens van ver-infrarood- en submillimetergolflengtewaarnemingen die het stof kunnen doordringen, hoewel beeldvorming met langere golflengte typisch de hoge ruimtelijke resolutie mist die nodig is. Infraroodspectroscopie is een van de beste manieren geweest om beide problemen te overwinnen, omdat de straling niet alleen door het stof dringt, de sterke punten en vormen van spectraallijnen kunnen worden gemodelleerd om zelfs kleine afmetingen en temperaturen af ​​te leiden, dichtheden, en andere kenmerken van de emitterende regio's.

CfA-astronomen Eduardo Gonzalez-Alfonso, Matt Ashby, en Howard Smith leidde een team dat infraroodspectra van waterdamp uit het nucleaire gebied van het ultralichte sterrenstelsel ESO320-G030 heeft gemodelleerd, op ongeveer 160 miljoen lichtjaar afstand, een sterrenstelsel dat ongeveer honderd keer zoveel energie uitstraalt als de Melkweg. De gegevens zijn verkregen met de Herschel Space Observatory en de ALMA-submillimeterfaciliteit. Dit sterrenstelsel vertoont geen tekenen van een fusie, het vertoont ook geen tekenen van AGN-activiteit, maar het heeft wel een duidelijke en complexe centrale staafstructuur en invallend gas dat eerder werd ontdekt door middel van infraroodspectroscopie.

De astronomen hebben twintig spectrale kenmerken van waterdamp waargenomen en gemodelleerd, voldoende diagnostische lijnen om de complexiteit van de emitterende regio's te modelleren. De succesvolle resultaten vereisten een nucleair model met drie componenten:een warme envelop (ongeveer 50 kelvin) met een straal van ongeveer 450 lichtjaar waarbinnen zich een tweede component bevindt, een kernschijf met een straal van ongeveer 130 lichtjaar, en tenslotte een veel warmere compacte kern (100 kelvin) met een straal van ongeveer 40 lichtjaar. Deze drie componenten alleen al zenden bijna 70% van de helderheid van de melkweg uit door een starburst die ongeveer 18 zonne-massa's van sterren per jaar veroorzaakt (de Melkweg gemiddeld ongeveer één per jaar). De massale instroomsnelheid in de regio is ongeveer hetzelfde als de sterproductie - ongeveer 18 zonnemassa's per jaar. Naast deze conclusies over de nucleaire regio, de astronomen gebruiken hun best passende resultaten om met succes 17 andere moleculaire soorten (naast water) te modelleren die worden waargenomen in de verre infraroodspectra, inclusief geïoniseerde moleculen en koolstof- en stikstofhoudende moleculen. De gecombineerde resultaten, in het bijzonder de extreem hoge abundantie van geïoniseerde moleculen, suggereren de sterke aanwezigheid van versterkte ioniserende kosmische straling en werpen licht op de chemie van de complexe nucleaire zone.