In de laatste twee decennia, astronomen hebben geconcludeerd dat de meeste, zo niet alle, sterrenstelsels herbergen enorme zwarte gaten in hun centra - en de massa's van een zwart gat en zijn gastheerstelsel zijn gecorreleerd. Maar hoe zijn die twee met elkaar verbonden? Nutsvoorzieningen, een student van de Universiteit van Hawaï aan het Mānoa Institute for Astronomy (IfA) die deelneemt aan het programma Research Experiences for Undergraduates (REU) van de National Science Foundation (NSF), kan een deel van het antwoord hebben onthuld.

Undergraduate Rebecca Minsley, deelgenomen aan het REU-programma van IfA voor 2019, 10 weken werken met haar mentor, Maunakea Spectroscopische Explorer Plaatsvervangend projectwetenschapper Andreea Petric. Minutieus zeven door honderden afbeeldingen van sterrenstelsels, Minsley begon een duidelijker beeld te krijgen van de evolutie van sterrenstelsels. "De groei van sterrenstelsels kan worden gevormd door interacties met andere sterrenstelsels die bijdragen aan superzware zwarte gaten (SMBH) die in het centrum van de melkweg groeien, ' legde Minsley uit.

Gas en stof tussen sterren, het interstellaire medium (ISM) genoemd, is de brandstof voor zowel SMBH-groei als de vorming van nieuwe sterren. Maar recent werk toont aan dat het ISM verschillende eigenschappen kan hebben - vooral omdat het warmer is - in sterrenstelsels met een groeiend superzwaar zwart gat in hun kernen, vergeleken met die sterrenstelsels die dat niet doen. Warmer gas zal minder snel instorten tot nieuwe sterren, dus deze bevinding kan erop wijzen dat een groeiende centrale SMBH het vermogen van een melkwegstelsel om nieuwe sterren te maken vermindert.

Wat kan verantwoordelijk zijn voor het verwarmen van de ISM? Sterrenlicht, vooral van hete sterren, kan dit doen. Maar interacties tussen sterrenstelsels - wanneer ze botsen of zelfs maar dicht bij elkaar passeren - kunnen grootschalige schokgolven produceren die minder dicht gas comprimeren, waardoor het meer kans heeft om sterren te vormen. Minsley bestudeerde de vormen van 630 sterrenstelsels met behulp van afbeeldingen van het Pan-STARRS-onderzoek. Ze classificeerde de sterrenstelsels in fusies, vroege fusies, en niet-fusies. En dan de vormen vergeleken met de lichtopbrengst van dezelfde sterrenstelsels op langere midden-infrarode golflengten, waar ze de eigenschappen van de ISM kon bestuderen.

"Als sterrenstelsels dichtbij genoeg komen, ondergaan ze een soort galactische dans totdat ze uiteindelijk samensmelten tot een enkelvoudige entiteit. Deze interacties hebben goed gedocumenteerde handtekeningen waarmee ik onze reeks sterrenstelsels kon categoriseren, "Zei Minsley. "Dit project gaf me meer waardering voor de complexiteit en verstrengeling van alle processen die plaatsvinden in sterrenstelsels en het onderzoek dat wordt gedaan om galactische systemen te deconstrueren is fascinerend."

Minsley en medewerkers ontdekten dat binnen sterrenstelsels met actieve zwarte gaten, de ISM is warmer, de verhoudingen van warm moleculair gas tot andere koelmiddelen zijn groter, en andere kenmerken van stofdeeltjes hebben een groter bereik aan waarden dan in sterrenstelsels waar de zwarte gaten slapen.

"In het nabije universum vinden we dat het warme ISM van sterrenstelsels die groeiende superzware zwarte gaten in hun centrum herbergen, verschilt van die waarin dat niet het geval is, " legt Petric uit. "We speculeren dat dezelfde processen die brandstof naar de SMBH leiden ons ook in staat stellen om de energieoverdracht terug naar de ISM van de melkweg te detecteren." Petric voegt die toekomst toe, meer gedetailleerde observaties, zullen onderzoekers in staat stellen deze energieoverdrachtsprocessen te bevestigen.

IfA maakt al bijna 20 jaar deel uit van het prestigieuze REU-programma, meer dan 130 studenten opleiden, sommigen van hen zijn nu leiders op verschillende gebieden van de astronomie. Vanwege deze unieke kans om in Hawaii te werken met faciliteiten en wetenschappers van wereldklasse, de IfA ontvangt meer dan 500 aanvragen per termijn. De focus van hun REU-programma ligt op het identificeren van studenten die potentieel hebben om te slagen in onderzoek, maar hebben misschien niet de mogelijkheid en de middelen.

Nader Haghighipour, de hoofdonderzoeker van het REU-programma van IfA, dat is genoteerd, "Met onze mentoren behorend tot de wereldleiders in hun respectievelijke vakgebieden, onze REU-studenten houden zich bezig met baanbrekend onderzoek. Rebecca's werk is daar een goed voorbeeld van. We zijn erg trots op onze REU-studenten, aangezien ze bijna allemaal hun studie voortzetten op de graduate school, en velen van hen hebben nationale erkenning gekregen."

Tijdens het herfstsemester van 2020, Petric en UH Mānoa-student Diana Castaneda zullen doorgaan met het onderzoeken van het ISM van sterrenstelsels die enkele van de meest lichtgevende groeiende SMBH in het nabije universum herbergen, met behulp van een spectrometer aan boord van het Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) -vliegtuig. De SOFIA-waarnemingen zullen Castaneda en Petric in staat stellen meer inzicht te krijgen in de processen waarmee energie wordt overgedragen tussen de groeiende SMBH en de ISM.

Dit werk is gepubliceerd in het nummer van 10 mei van de Astrofysisch tijdschrift en is beschikbaar in voorgedrukte vorm op ArXiv .