Røde nuggets er galaktisk guld for astronomer

For omkring et årti siden, astronomer opdagede en befolkning af små, men massive galakser kaldet "røde nuggets". En ny undersøgelse, der bruger NASAs Chandra X-ray Observatory, indikerer, at sorte huller har dæmpet stjernedannelsen i disse galakser og kan have brugt noget af det uudnyttede stjernebrændstof til at vokse til usædvanligt massive proportioner.

Røde klumper blev først opdaget af Hubble-rumteleskopet i store afstande fra Jorden, svarende til tider kun omkring tre eller fire milliarder år efter Big Bang. De er levn fra de første massive galakser, der blev dannet inden for kun en milliard år efter Big Bang. Astronomer tror, ​​at de er forfædrene til de gigantiske elliptiske galakser set i det lokale univers. Masserne af røde klumper ligner dem i gigantiske elliptiske galakser, men de er kun omkring en femtedel af deres størrelse.

Mens de fleste røde nuggets smeltede sammen med andre galakser i løbet af milliarder af år, et lille antal formåede at slippe gennem den lange historie af kosmos uberørt. Disse uskadte røde klumper repræsenterer en gylden mulighed for at studere, hvordan galakserne, og det supermassive sorte hul i deres centre, handle over milliarder af års isolation.

For første gang, Chandra er blevet brugt til at studere den varme gas i to af disse isolerede røde nuggets, MRK 1216, og PGC 032673. De er placeret henholdsvis kun 295 millioner og 344 millioner lysår fra Jorden, frem for milliarder af lysår for de første kendte røde klumper. Denne røntgenstråleudsendende varme gas indeholder aftryk af aktivitet genereret af de supermassive sorte huller i hver af de to galakser.

"Disse galakser har eksisteret i 13 milliarder år uden nogensinde at interagere med en anden af ​​sin slags, " sagde Norbert Werner fra MTA-Eötvös University Lendület Hot Universe and Astrophysics Research Group i Budapest, Ungarn, der ledede undersøgelsen. "Vi er ved at konstatere, at de sorte huller i disse galakser tager over, og resultatet er ikke godt for nye stjerner, der forsøger at dannes."

Astronomer har længe vidst, at materialet, der falder mod sorte huller, kan omdirigeres udad ved høje hastigheder på grund af intense gravitations- og magnetfelter. Disse højhastigheds-jetfly kan dæmpe dannelsen af ​​stjerner. Dette sker, fordi eksplosionerne fra nærheden af ​​det sorte hul giver en kraftig varmekilde, forhindrer galaksens varme interstellare gas i at afkøle nok til at tillade et stort antal stjerner at dannes.

Temperaturen på den varme gas er højere i midten af ​​MRK 1216-galaksen sammenlignet med omgivelserne, viser virkningerne af den seneste opvarmning af det sorte hul. Også, radioemission observeres fra centrum af galaksen, en signatur af jetfly fra sorte huller. Endelig, røntgenstrålingen fra nærheden af ​​det sorte hul er omkring hundrede millioner gange lavere end en teoretisk grænse for, hvor hurtigt et sort hul kan vokse - kaldet "Eddington-grænsen" - hvor det udadgående tryk af stråling balanceres af det indadgående tyngdekraften. Dette lave niveau af røntgenstråling er typisk for sorte huller, der producerer jetfly. Alle disse faktorer giver stærke beviser for, at aktivitet genereret af de centrale supermassive sorte huller i disse røde guldklump galakser undertrykker dannelsen af ​​nye stjerner.

De sorte huller og den varme gas kan have en anden forbindelse. Forfatterne antyder, at meget af det sorte huls masse kan have akkumuleret fra den varme gas, der omgiver begge galakser. De sorte huller i både MRK 1216 og PGC 032873 er ​​blandt de mest massive kendte, med anslåede masser på omkring fem milliarder gange Solens, baseret på optiske observationer af stjerners hastigheder nær galaksernes centre. Desuden, masserne af det sorte hul MRK 1216 og muligvis den i PGC 032873 estimeres til at være nogle få procent af de kombinerede masser af alle stjernerne i de centrale områder af galakserne, hvorimod i de fleste galakser, forholdet er omkring ti gange mindre.

"Tilsyneladende, overladt til sig selv, sorte huller kan opføre sig lidt som en bølle, " sagde medforfatter Kiran Lakhchaura, også fra MTA-Eötvös University.

"De forhindrer ikke kun nye stjerner i at dannes, " sagde medforfatter Massimo Gaspari, en Einstein-stipendiat fra Princeton University, "de kan også tage noget af det galaktiske materiale og bruge det til at brødføde sig selv."

Ud over, den varme gas i og omkring PGC 032873 er ​​omkring ti gange svagere end den varme gas omkring MRK 1216. Fordi begge galakser ser ud til at have udviklet sig isoleret i løbet af de sidste 13 milliarder år, denne forskel kunne være opstået fra mere voldsomme udbrud fra PGC 032873's sorte hul tidligere, som blæste det meste af den varme gas væk.

"Chandra-dataene fortæller os mere om, hvad de lange, en ensom rejse gennem kosmisk tid har været som for disse røde guldklumper-galakser, " sagde medforfatter Rebecca Canning fra Stanford University. "Selvom galakserne ikke har interageret med andre, de har vist masser af indre uro."

Et papir, der beskriver disse resultater i det seneste nummer af Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society journal og er tilgængelig online.