Sterrenstelsels zijn er in een grote verscheidenheid aan vormen, maten en helderheid, variërend van alledaagse gewone sterrenstelsels tot lichtgevende actieve sterrenstelsels. Terwijl een gewoon sterrenstelsel voornamelijk zichtbaar is door het licht van zijn sterren, een actief sterrenstelsel schijnt het helderst in het centrum, of kern, waar een superzwaar zwart gat een gestage explosie van helder licht uitstraalt terwijl het vraatzuchtig nabijgelegen gas en stof verbruikt.

Ergens in het spectrum tussen gewone en actieve sterrenstelsels zit een andere klasse, bekend als lage-ionisatie nucleair emissielijngebied (LINER) sterrenstelsels. Hoewel LINER's relatief vaak voorkomen, goed voor ongeveer een derde van alle nabije sterrenstelsels, astronomen hebben hevig gedebatteerd over de belangrijkste bron van lichtemissie van LINER's. Sommigen beweren dat zwak actieve galactische kernen verantwoordelijk zijn, terwijl anderen beweren dat stervormingsgebieden buiten de galactische kern het meeste licht produceren.

Een team van astronomen observeerde zes zachtaardige LINER-sterrenstelsels die plotseling en verrassend transformeerden in vraatzuchtige quasars - de thuisbasis van de helderste van alle actieve galactische kernen. Het team rapporteerde hun waarnemingen, die zou kunnen helpen de aard van zowel LINER's als quasars te demystificeren en tegelijkertijd enkele brandende vragen over galactische evolutie te beantwoorden, in de Astrofysisch tijdschrift op 18 sept. 2019. Op basis van hun analyse, de onderzoekers suggereren dat ze een geheel nieuw type zwart gat-activiteit hebben ontdekt in de centra van deze zes LINER-sterrenstelsels.

"Voor een van de zes objecten, we dachten eerst dat we een getijdenverstoring hadden waargenomen, wat gebeurt wanneer een ster te dicht bij een superzwaar zwart gat komt en wordt versnipperd, " zei Sara Frederik, een afgestudeerde student aan de afdeling Sterrenkunde van de Universiteit van Maryland en de hoofdauteur van het onderzoekspaper. "Maar later ontdekten we dat het een voorheen slapend zwart gat was dat een overgang onderging die astronomen een 'veranderende blik' noemen, ' wat resulteert in een heldere quasar. Bij het observeren van zes van deze overgangen, allemaal in relatief stille LINER-sterrenstelsels, suggereert dat we een totaal nieuwe klasse actieve galactische kernen hebben geïdentificeerd."

Alle zes de verrassende overgangen werden waargenomen tijdens de eerste negen maanden van de Zwicky Transient Facility (ZTF), een geautomatiseerd luchtonderzoeksproject gebaseerd op Caltech's Palomar Observatory in de buurt van San Diego, Californië, die in maart 2018 met waarnemingen begon. UMD is een partner in de ZTF-inspanning, gefaciliteerd door het Joint Space-Science Institute (JSI), een samenwerking tussen UMD en NASA's Goddard Space Flight Center.

Veranderende overgangen van uiterlijk zijn gedocumenteerd in andere sterrenstelsels, meestal in een klasse van actieve sterrenstelsels die bekend staat als Seyfert-stelsels. Per definitie, Seyfert-sterrenstelsels hebben allemaal een helder, actieve galactische kern, maar Type 1 en Type 2 Seyfert-sterrenstelsels verschillen in de hoeveelheid licht die ze uitzenden bij specifieke golflengten. Volgens Frederik, veel astronomen vermoeden dat het verschil het gevolg is van de hoek waaronder astronomen naar de sterrenstelsels kijken.

Van type 1 Seyfert-sterrenstelsels wordt gedacht dat ze frontaal op de aarde staan, een onbelemmerd zicht op hun kernen geven, terwijl Type 2 Seyfert-sterrenstelsels onder een schuine hoek staan, zodanig dat hun kernen gedeeltelijk worden verduisterd door een donutvormige ring van dichte, stoffige gaswolken. Dus, veranderende blikovergangen tussen deze twee klassen vormen een puzzel voor astronomen, aangezien de oriëntatie van een melkwegstelsel naar de aarde naar verwachting niet zal veranderen.

De nieuwe waarnemingen van Frederick en haar collega's kunnen deze veronderstellingen in twijfel trekken.

"We started out trying to understand changing look transformations in Seyfert galaxies. But instead, we found a whole new class of active galactic nucleus capable of transforming a wimpy galaxy to a luminous quasar, " said Suvi Gezari, an associate professor of astronomy at UMD, a co-director of JSI and a co-author of the research paper. "Theory suggests that a quasar should take thousands of years to turn on, but these observations suggest that it can happen very quickly. It tells us that the theory is all wrong. We thought that Seyfert transformation was the major puzzle. But now we have a bigger issue to solve."

Frederick and her colleagues want to understand how a previously quiet galaxy with a calm nucleus can suddenly transition to a bright beacon of galactic radiation. Meer leren, they performed follow-up observations on the objects with the Discovery Channel Telescope, which is operated by the Lowell Observatory in partnership with UMD, Boston University, the University of Toledo and Northern Arizona University. These observations helped to clarify aspects of the transitions, including how the rapidly transforming galactic nuclei interacted with their host galaxies.

"Our findings confirm that LINERs can, in feite, host active supermassive black holes at their centers, " Frederick said. "But these six transitions were so sudden and dramatic, it tells us that there is something altogether different going on in these galaxies. We want to know how such massive amounts of gas and dust can suddenly start falling into a black hole. Because we caught these transitions in the act, it opens up a lot of opportunities to compare what the nuclei looked like before and after the transformation."

Unlike most quasars, which light up the surrounding clouds of gas and dust far beyond the galactic nucleus, the researchers found that only the gas and dust closest to the nucleus had been turned on. Frederik, Gezari and their collaborators suspect that this activity gradually spreads from the galactic nucleus—and may provide the opportunity to map the development of a newborn quasar.

"It's surprising that any galaxy can change its look on human time scales. These changes are taking place much more quickly than we can explain with current quasar theory, " Frederick said. "It will take some work to understand what can disrupt a galaxy's accretion structure and cause these changes on such short order. The forces at play must be very extreme and very dramatic."

The research paper, "A New Class of Changing-look LINERs, " Sara Frederick, Suvi Gezari, Matthew Graham, Bradley Cenko, Sjoert Van Velzen, Daniel Stern, Nadejda Blagorodnova, Shrinivas Kulkarni, Lin Yan, Kishalay De, Christoffer Fremling, Tiara Hung, Erin Kara, David Shupe, Charlotte Ward, Eric Bellm, Richard Dekany, Dmitry Duev, Ulrich Feindt, Matteo Giomi, Thomas Kupfer, Russ Laher, Frank Masci, Adam Miller, James Neill, Chow-Choong Ngeow, Maria Patterson, Michael Porter, Ben Rusholme, Jesper Sollerman and Richard Walters, was published in The Astrofysisch tijdschrift  on September 18, 2019.