Astrofysikere annoncerer en opdagelse, der kan omskrive historien om, hvordan galakser dør

Ved det årlige møde i American Astronomical Society i St. Louis, Missouri, Allison Kirkpatrick, assisterende professor i fysik og astronomi ved University of Kansas, vil annoncere hendes opdagelse af "kolde kvasarer" - galakser med en overflod af kold gas, der stadig kan producere nye stjerner på trods af at have en kvasar i centrum - et banebrydende fund, der omstøder antagelser om modning af galakser og kan repræsentere en fase af hver galakse livscyklus, der var ukendt indtil nu.

Hendes nyhedsbriefing, med titlen "En ny befolkning af kolde kvasarer, " finder sted onsdag d. 12 juni, på 2. sal i St. Louis Union Station Hotel.

En kvasar, eller "kvasistjerneradiokilde, " er i det væsentlige et supermassivt sort hul på steroider. Gas, der falder mod en kvasar i midten af ​​en galakse, danner en "tilvækstskive", som kan afgive en forbløffende mængde elektromagnetisk energi, ofte med lysstyrke hundredvis af gange større end en typisk galakse. Typisk, dannelse af en kvasar er beslægtet med galaktisk tilbagetrækning, og det har længe været antaget at signalere en ende på en galakses evne til at producere nye stjerner.

"Al den gas, der samler sig på det sorte hul, bliver opvarmet og afgiver røntgenstråler, " sagde Kirkpatrick. "Bølgelængden af ​​lys, som du afgiver, svarer direkte til, hvor varm du er. For eksempel, du og jeg afgiver infrarødt lys. Men noget, der afgiver røntgenstråler, er en af ​​de hotteste ting i universet. Denne gas begynder at samle sig på det sorte hul og begynder at bevæge sig med relativistiske hastigheder; du har også et magnetfelt omkring denne gas, og det kan blive snoet. På samme måde som du får soludbrud, du kan få stråler af materiale til at gå op gennem disse magnetiske feltlinjer og blive skudt væk fra det sorte hul. Disse jetfly kvæler i det væsentlige galaksens gasforsyning, så ikke mere gas kan falde ned på galaksen og danne nye stjerner. Efter at en galakse er holdt op med at danne stjerner, vi siger, det er en passiv død galakse."

Men i Kirkpatricks undersøgelse, omkring 10 procent af galakser, der er vært for tiltagende supermassive sorte huller, havde en forsyning af kold gas tilbage efter at være kommet ind i denne fase, og stadig lavet nye stjerner.

"Det er i sig selv overraskende, " sagde hun. "Hele denne befolkning er en hel masse forskellige objekter. Nogle af galakserne har meget tydelige fusionssignaturer; nogle af dem ligner meget Mælkevejen og har meget tydelige spiralarme. Nogle af dem er meget kompakte. Fra denne mangfoldige befolkning, så har vi yderligere 10 procent, som er virkelig unikke og uventede. Disse er meget kompakte, blå, lyskilder. De ser præcis ud, som du ville forvente, at et supermassivt sort hul ser ud i slutstadierne, efter at det har slukket hele stjernedannelsen i en galakse. Dette er ved at udvikle sig til en passiv elliptisk galakse, alligevel har vi også fundet en masse kold gas i disse. Det er den befolkning, som jeg kalder 'kolde kvasarer'."

KU-astrofysikeren havde mistanke om, at de "kolde kvasarer" i hendes undersøgelse repræsenterede en kort periode, der endnu ikke er blevet anerkendt i slutfaserne af en galakses levetid - i form af et menneskeliv, den flygtige "kolde kvasar"-fase kan være noget, der ligner en galakses pensionistfest.

"Disse galakser er sjældne, fordi de er i en overgangsfase - vi har fanget dem lige før stjernedannelsen i galaksen er slukket, og denne overgangsperiode burde være meget kort, " hun sagde.

Kirkpatrick identificerede først objekterne af interesse i et område af Sloan Digital Sky Survey, det mest detaljerede digitale kort over universet, der findes. I et område kaldet "Stripe 82, "Kirkpatrick og hendes kolleger var i stand til visuelt at identificere kvasarer.

"Så gik vi over dette område med XMM Newton-teleskopet og undersøgte det i røntgenstrålen, " sagde hun. "Røntgenstråler er nøglesignaturen for voksende sorte huller. Derfra, vi undersøgte det med Herschel Space Telescope, et langt infrarødt teleskop, som kan detektere støv og gas i værtsgalaksen. Vi udvalgte de galakser, som vi kunne finde i både røntgenstråler og i det infrarøde."

KU-forskeren sagde, at hendes resultater giver forskerne ny forståelse og detaljer om, hvordan slukning af stjernedannelse i galakser forløber, og omstøder formodninger om kvasarer.

"Vi vidste allerede, at kvasarer går igennem en fase, hvor støvet er sløret, " sagde Kirkpatrick. "Vi vidste, at de gik gennem en stærkt indhyllet fase, hvor støv omgiver det supermassive sorte hul. Det kalder vi den røde kvasarfase. Men nu, vi har fundet dette unikke overgangsregime, som vi ikke kendte før. Før, hvis du fortalte nogen, at du havde fundet en lysende kvasar, der havde en blå optisk farve - men den havde stadig meget støv og gas i sig, og en masse stjernedannelse – folk ville sige, 'Ingen, det er ikke sådan, disse ting skal se ud."

Næste, Kirkpatrick håber at afgøre, om den "kolde kvasar"-fase sker med en bestemt klasse af galakser eller hver galakse.

"Vi troede, at den måde, disse ting forløber på, var, at du har et voksende sort hul, det er omgivet af støv og gas, det begynder at blæse det materiale ud, " sagde hun. "Så bliver det en lysende blå genstand. Vi antog, da den blæste sin egen gas ud, den ville også blæse sin værtsgas ud. Men det ser ud til med disse genstande, det er ikke tilfældet. Disse har blæst deres eget støv ud - så vi ser det som et blåt objekt - men de har endnu ikke blæst alt støv og gas ud i værtsgalakserne. Dette er en overgangsfase, lad os sige 10 millioner år. I universelle tidsskalaer, det er virkelig kort – og det er svært at fange denne ting. Vi laver, hvad vi kalder en blind undersøgelse for at finde genstande, vi ikke ledte efter. Og ved at finde disse genstande, Ja, det kunne betyde, at dette sker for enhver galakse."