Undersøgelse fanger seks galakser, der pludselig gennemgår, dramatiske overgange

Galakser kommer i en bred vifte af former, størrelser og lysstyrker, lige fra ensformige almindelige galakser til lysende aktive galakser. Mens en almindelig galakse primært er synlig på grund af lyset fra dens stjerner, en aktiv galakse skinner klarest i dens centrum, eller kerne, hvor et supermassivt sort hul udsender en konstant eksplosion af skarpt lys, mens det glubsk forbruger nærliggende gas og støv.

At sidde et sted på spektret mellem almindelige og aktive galakser er en anden klasse, kendt som low-ionization nuclear emission-line region (LINER) galakser. Mens LINER'er er relativt almindelige, tegner sig for omkring en tredjedel af alle nærliggende galakser, astronomer har heftigt diskuteret hovedkilden til lysemission fra LINERs. Nogle hævder, at svagt aktive galaktiske kerner er ansvarlige, mens andre hævder, at stjernedannende områder uden for den galaktiske kerne producerer mest lys.

Et hold af astronomer observerede seks milde LINER-galakser, der pludselig og overraskende forvandlede sig til glubende kvasarer - hjemsted for den lyseste af alle aktive galaktiske kerner. Holdet rapporterede deres observationer, som kunne hjælpe med at afmystificere naturen af ​​både LINER'er og kvasarer, mens du besvarer nogle brændende spørgsmål om galaktisk evolution, i Astrofysisk tidsskrift den 18. september, 2019. Baseret på deres analyse, forskerne foreslår, at de har opdaget en helt ny type sort hul-aktivitet i centrene af disse seks LINER-galakser.

"For et af de seks objekter, vi troede først, at vi havde observeret en tidevandsforstyrrelse, som sker, når en stjerne passerer for tæt på et supermassivt sort hul og bliver revet i stykker, sagde Sara Frederik, en kandidatstuderende ved University of Maryland Department of Astronomy og hovedforfatteren af ​​forskningspapiret. "Men vi fandt senere ud af, at det var et tidligere sovende sort hul, der undergik en overgang, som astronomer kalder et 'skiftende udseende'. ' resulterer i en lys kvasar. Iagttager seks af disse overgange, alt i relativt stille LINER-galakser, tyder på, at vi har identificeret en helt ny klasse af aktive galaktiske kerne."

Alle seks overraskende overgange blev observeret i løbet af de første ni måneder af Zwicky Transient Facility (ZTF), et automatiseret himmelundersøgelsesprojekt baseret på Caltechs Palomar Observatory nær San Diego, Californien, som begyndte observationer i marts 2018. UMD er partner i ZTF-indsatsen, faciliteret af Joint Space-Science Institute (JSI), et partnerskab mellem UMD og NASAs Goddard Space Flight Center.

Skiftende udseendeovergange er blevet dokumenteret i andre galakser - oftest i en klasse af aktive galakser kendt som Seyfert-galakser. Per definition, Seyfert-galakser har alle en lys, aktiv galaktisk kerne, men Type 1 og Type 2 Seyfert-galakser adskiller sig i mængden af ​​lys, de udsender ved specifikke bølgelængder. Ifølge Frederik, mange astronomer har mistanke om, at forskellen skyldes den vinkel, som astronomerne ser galakserne under.

Type 1 Seyfert-galakser menes at vende frontalt mod Jorden, giver et uhindret udsyn til deres kerner, mens Type 2 Seyfert-galakser vippes i en skrå vinkel, sådan at deres kerner er delvist tilsløret af en donutformet ring af tæt, støvede gasskyer. Dermed, skiftende udseendeovergange mellem disse to klasser udgør et puslespil for astronomer, da en galakses orientering mod Jorden ikke forventes at ændre sig.

Frederick og hendes kollegers nye observationer kan sætte spørgsmålstegn ved disse antagelser.

"Vi startede med at prøve at forstå ændrede udseendetransformationer i Seyfert-galakser. Men i stedet, 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. For at lære mere, 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, faktisk, 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. Frederick, 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 Astrofysisk tidsskrift den 18. september, 2019.