Galaktisk stjernedannelse og supermassive sorte hul-masser

Astronomer, der studerer, hvordan stjernedannelsen udviklede sig over kosmisk tid, har opdaget, at hvilende galakser (galakser, der i øjeblikket ikke laver mange nye stjerner) ofte har aktive galaktiske kerner. Disse AGN samler materiale på varme cirkumnukleare skiver, og den resulterende energi frigives i udbrud af stråling, eller som stråler af partikler, der bevæger sig tæt på lysets hastighed. Mistanken er, at disse udbrud driver gasudstrømning over tusinder af lysår, forstyrre og sprede potentielt stjernedannende materiale i en proces kaldet quenching. Slukningsmekanismen er desuden en selvbegrænsende, da spredningen i sidste ende undertrykker gastilvæksten på selve det sorte hul. Der er dog andre foreslåede mekanismer til quenching:supernovaer produceret under stjernedannelse kunne være ansvarlige (eller i det mindste en vigtig bidragyder), ligesom stærke stjernevinde kunne. At verificere disse forskellige alternativer er derfor et nøglemål for galaktisk forskning.

CfA astronomer Bryan Terrazas, Rainer Weinberger og Lars Hernquist og deres kolleger brugte den storstilede hydrodynamiske simulering kaldet IllustrisTNG til at spore udviklingen af ​​galakser og deres sorte huller, især for at undersøge korrelationerne mellem sort hul-feedback og undertrykkelsen af ​​stjernedannelse. Selvom detaljerne i sort hul-tilvækst stadig kun er skitsemæssigt forstået, simuleringen giver forskere mulighed for at variere mange inputparametre i simuleringen for at teste en række alternativer.

Astronomerne finder ud af, at galakser i lokaluniverset med mere end omkring ti milliarder masser af stjerner faktisk vil have en tendens til at slukke stjerneproduktionen, når energien i vindene fra sorte huls tilvækst bliver større end tyngdekraften i gassen, og at dette har en tendens til at ske, når massen af ​​det supermassive sorte hul overstiger omkring hundrede og tres millioner solmasser. Denne værdi ser ud til at være ret skarpt afgrænset:90 % af galakser med mindre sorte huller er aktivt stjernedannende, og 90 % af galakser med større sorte huller er i ro. Holdet sammenlignede derefter resultaterne af simuleringerne med observationer af enoghalvfems galakser (selvom ikke et fuldstændigt repræsentativt udsnit af objekter) og finder generelt god overensstemmelse; imidlertid, observationerne viser en meget større række af adfærd.