Jonge sterrenstelsels schitteren met heldere nieuwe sterren die zich in een snel tempo vormen, maar de stervorming stopt uiteindelijk als een melkwegstelsel evolueert. Een nieuwe studie, gepubliceerd op 1 januari 2018, in Natuur , laat zien dat de massa van het zwarte gat in het centrum van de melkweg bepaalt hoe snel dit "uitdoven" van stervorming plaatsvindt.

Elk massief sterrenstelsel heeft een centraal superzwaar zwart gat, meer dan een miljoen keer massiever dan de zon, zijn aanwezigheid onthullend door zijn zwaartekrachtseffecten op de sterren van de melkweg en soms de energetische straling van een actieve galactische kern (AGN) aandrijven. Men denkt dat de energie die vanuit een actieve galactische kern een melkwegstelsel instroomt, de stervorming uitschakelt door het gas te verhitten en te verdrijven dat anders zou condenseren tot sterren als het afkoelde.

Dit idee bestaat al tientallen jaren, en astrofysici hebben ontdekt dat simulaties van de evolutie van sterrenstelsels feedback van het zwarte gat moeten bevatten om de waargenomen eigenschappen van sterrenstelsels te reproduceren. Maar observationeel bewijs van een verband tussen superzware zwarte gaten en stervorming ontbrak, tot nu.

"We hebben de feedback ingetoetst om de simulaties te laten werken, zonder echt te weten hoe het komt, zei Jean Brodie, hoogleraar astronomie en astrofysica aan de UC Santa Cruz en co-auteur van het artikel. "Dit is het eerste directe waarnemingsbewijs waarbij we het effect van het zwarte gat op de stervormingsgeschiedenis van de melkweg kunnen zien."

De nieuwe resultaten onthullen een continu samenspel tussen de activiteit van een zwart gat en stervorming gedurende het hele leven van een melkwegstelsel, die elke generatie sterren beïnvloedt die worden gevormd terwijl de melkweg evolueert.

Onder leiding van eerste auteur Ignacio Martín-Navarro, een postdoctoraal onderzoeker aan UC Santa Cruz, de studie concentreerde zich op massieve sterrenstelsels waarvoor de massa van het centrale zwarte gat in eerdere studies was gemeten door de bewegingen van sterren nabij het centrum van de melkweg te analyseren. Om de stervormingsgeschiedenissen van de sterrenstelsels te bepalen, Martín-Navarro analyseerde gedetailleerde spectra van hun licht verkregen door de Hobby-Eberly Telescope Massive Galaxy Survey.

Met spectroscopie kunnen astronomen de verschillende golflengten van licht van een object scheiden en meten. Martín-Navarro gebruikte computertechnieken om het spectrum van elk sterrenstelsel te analyseren en zijn stervormingsgeschiedenis te achterhalen door de beste combinatie van stellaire populaties te vinden die past bij de spectroscopische gegevens. "Het vertelt je hoeveel licht er komt van sterrenpopulaties van verschillende leeftijden, " hij zei.

Toen hij de geschiedenis van stervorming van sterrenstelsels vergeleek met zwarte gaten met verschillende massa's, hij vond opvallende verschillen. Deze verschillen correleerden alleen met de massa van het zwarte gat en niet met de galactische morfologie, maat, of andere eigenschappen.

"Voor sterrenstelsels met dezelfde massa sterren maar een verschillende massa van het zwarte gat in het centrum, die sterrenstelsels met grotere zwarte gaten werden eerder en sneller uitgedoofd dan die met kleinere zwarte gaten. Dus stervorming duurde langer in die sterrenstelsels met kleinere centrale zwarte gaten, ' zei Martín-Navarro.

Andere onderzoekers hebben gezocht naar correlaties tussen stervorming en de helderheid van actieve galactische kernen, zonder succes. Martín-Navarro zei dat dat misschien komt omdat de tijdschalen zo verschillend zijn, met stervorming gedurende honderden miljoenen jaren, terwijl uitbarstingen van actieve galactische kernen plaatsvinden over kortere tijdsperioden.

Een superzwaar zwart gat is alleen lichtgevend als het actief materie opslokt uit de binnenste regionen van zijn gastheerstelsel. Actieve galactische kernen zijn zeer variabel en hun eigenschappen zijn afhankelijk van de grootte van het zwarte gat, de aanwassnelheid van nieuw materiaal dat op het zwarte gat valt, en andere factoren.

"We gebruikten de massa van een zwart gat als een proxy voor de energie die de AGN in de melkweg heeft gebracht, omdat accretie op zwaardere zwarte gaten leidt tot meer energetische feedback van actieve galactische kernen, die stervorming sneller zou doven, " legde Martín-Navarro uit.

De precieze aard van de feedback van het zwarte gat die de stervorming dooft, blijft onzeker, volgens coauteur Aaron Romanowsky, een astronoom aan de San Jose State University en UC Observatories.

"Er zijn verschillende manieren waarop een zwart gat energie naar de melkweg kan sturen, en theoretici hebben allerlei ideeën over hoe uitdoving plaatsvindt, maar er is meer werk aan de winkel om deze nieuwe waarnemingen in de modellen te passen, ' zei Romanowsky.