Zwarte gaten met een massa gelijk aan miljoenen zonnen remmen de geboorte van nieuwe sterren af, zeggen astronomen. Met behulp van machine learning en drie geavanceerde simulaties om de resultaten van een groot luchtonderzoek te ondersteunen, de onderzoekers lossen een 20 jaar durend debat over de vorming van sterren op. Joanna Piotrowska, een doctoraat student aan de Universiteit van Cambridge, presenteert het nieuwe werk vandaag op de virtuele Nationale Astronomiebijeenkomst (NAM 2021).

Stervorming in sterrenstelsels is lange tijd een centraal punt geweest van astronomisch onderzoek. Tientallen jaren van succesvolle waarnemingen en theoretische modellering hebben geleid tot een goed begrip van hoe gas instort en nieuwe sterren vormt, zowel in als buiten onze eigen Melkweg. Echter, dankzij all-sky observatieprogramma's zoals de Sloan Digital Sky Survey (SDSS), astronomen realiseerden zich dat niet alle sterrenstelsels in het lokale heelal actief stervormend zijn - er bestaat een overvloedige populatie van "rustige" objecten die sterren vormen met aanzienlijk lagere snelheden.

De vraag wat de stervorming in sterrenstelsels stopt, blijft de grootste onbekende in ons begrip van de evolutie van sterrenstelsels, besproken in de afgelopen 20 jaar. Piotrowska en haar team zetten een experiment op om erachter te komen wat de oorzaak zou kunnen zijn.

Met behulp van drie ultramoderne kosmologische simulaties:EAGLE, Illustris en IllustrisTNG - de astronomen onderzochten wat we zouden verwachten te zien in het echte heelal zoals waargenomen door de SDSS, toen verschillende fysieke processen de stervorming in massieve sterrenstelsels stopten.

De astronomen pasten een machine learning-algoritme toe om sterrenstelsels te classificeren in stervorming en rust, vragen welke van de drie parameters:de massa van de superzware zwarte gaten in het centrum van sterrenstelsels (deze monsterobjecten hebben doorgaans miljoenen of zelfs miljarden keren de massa van onze zon), de totale massa van sterren in de melkweg, of de massa van de halo van donkere materie rond sterrenstelsels, het beste voorspelt hoe sterrenstelsels zich ontwikkelen.

Met deze parameters kon het team vervolgens bepalen welk fysiek proces:energie-injectie door superzware zwarte gaten, supernova-explosies of schokverwarming van gas in massieve halo's is verantwoordelijk voor het dwingen van sterrenstelsels tot semi-pensionering.

De nieuwe simulaties voorspellen de superzware zwarte gatmassa als de belangrijkste factor bij het afremmen van stervorming. Cruciaal, de simulatieresultaten komen overeen met waarnemingen van het lokale heelal, gewicht toe te voegen aan de bevindingen van de onderzoekers.

Piotrowska zegt:"Het is echt spannend om te zien hoe de simulaties precies voorspellen wat we in het echte heelal zien. Superzware zwarte gaten - objecten met een massa gelijk aan miljoenen of zelfs miljarden zonnen - hebben echt een groot effect op hun omgeving. Deze monsters objecten dwingen hun gaststelsels in een soort van semi-pensionering van stervorming."