science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Verduisterde superzware zwarte gaten in sterrenstelsels

(rechts) Een geconsolideerde afbeelding van verre massieve sterrenstelsels gedetecteerd in de röntgenfoto door Chandra en (links) zoals afgebeeld in het infrarood met Spitzer. Een nieuwe studie van soortgelijke sterrenstelsels waarvan de centrale actieve zwart-gatkern verduisterd is, heeft geconcludeerd dat toenemende stromen van materiaal in de melkweg een compacter centraal gebied produceren. Credit:NASA/CXC/Durham/D.Alexander et al

Van de meeste, zo niet alle sterrenstelsels wordt gedacht dat ze een superzwaar zwart gat in hun kernen herbergen. Het groeit door massa aan te groeien, en tijdens het voeden is het niet aan ons zicht onttrokken:het genereert röntgenstraling en ultraviolet dat het stof verwarmt dat op zijn beurt in het infrarood uitstraalt. Tijdens de evolutionaire fase waarin het het meest actief is, het object staat bekend als een actieve galactische kern (AGN). De overgrote meerderheid van AGN bevindt zich in normale sterrenstelsels waarin de activiteit van stervorming co-evolueert met de aanwas van het zwarte gat, maar astronomen zijn het oneens over de aard van de gaststerrenstelsels, en in het bijzonder of ze lijken op normale stervormende sterrenstelsels in hun algehele structuur.

Het grootste probleem ligt in de moeilijkheid om de bijdrage die de AGN levert aan de emissie te onderscheiden van die van het gaststelsel. Zelfs beelden van de Hubble-ruimtetelescoop kunnen de nucleaire component niet onderscheiden wanneer er aanzienlijke stofverduistering in de melkweg is. Deze zogenaamde "verduisterde AGN" dragen slechts in geringe mate bij aan de optische emissie, aangezien deze door het stof wordt geabsorbeerd. Echter, degenen die tot nu toe zijn bestudeerd, zijn over het algemeen extreem lichtgevend, met een van de grootste totale helderheid bekend, gelijk aan meer dan tien miljard zonnen.

CfA-astronomen Francesca Civano en Stefano Marchesi en hun collega's maakten een nauwkeurig gedefinieerd monster van verduisterde AGN - die waarvan de infraroodemissie meer dan twintig keer groter is dan de röntgenstraling (de röntgenstraling werd gemeten door het Chandra X-ray Observatory ). Ze verzamelden eerst een set van 265 AGN en bepaalden vervolgens welke "verduisterd" waren door de infraroodemissie van elk te berekenen in verhouding tot de röntgenstraling. Dit deden ze door de volledige spectrale verdeling van de straling samen te stellen, het combineren van infrarood met UV- en optische gegevens en het vervolgens modelleren van de volledige distributie om de totale infraroodcomponent van de AGN alleen te bepalen met een code die de bijdragen van sterren en andere processen modelleert en aftrekt. Zodra ze de infraroodwaarde hadden, ze konden zien welke kwalificeerden als 'verduisterd'. Hun laatste monster van verduisterde AGN had 182 objecten.

Vervolgens analyseerden ze de zeer zwakke optische beelden van de nucleaire gebieden van deze set door ze allemaal te combineren tot een samengesteld beeld, en ontdekte dat het nucleaire gebied in deze generieke afbeelding ongewoon compact was in hoekafmetingen, meer dan twee keer zo klein als de overeenkomstige gebieden in stervormingsstelsels. De wetenschappers beweren dat deze verduisterde AGN misschien een proces van samentrekking moet hebben ondergaan, zoals gesuggereerd door sommige simulaties, wanneer koude gasstromen de melkweg instromen en materiaal naar de kern drijven, waardoor ze compact zijn. De resultaten zijn niet alleen belangrijk omdat ze helpen te verduidelijken wat er gebeurt in deze klasse van röntgenheldere AGN, maar ook omdat zoiets als dit proces aan de gang lijkt te zijn in sterrenstelsels in het vroege heelal die de schijn hebben ook ongewoon compact te zijn.