Supermassive sorte huller sætter en bremse på stjernefødsler

Et billede af Messier 101, Pinwheel Galaxy, lavet med Hubble-rumteleskopet. De lyse blå klumper i spiralarmene er steder for nylig stjernedannelse. Kredit:NASA, ESA, K. Kuntz (JHU), F. Bresolin (University of Hawaii), J. Trauger (Jet Propulsion Lab), J. Mold (NOAO), Y.-H. Chu (University of Illinois, Urbana), og STScI

Sorte huller med masser svarende til millioner af sole sætter en bremse på fødslen af nye stjerner, siger astronomer. Ved at bruge maskinlæring og tre avancerede simuleringer til at sikkerhedskopiere resultater fra en stor himmelundersøgelse, forskerne løser en 20 år lang debat om dannelsen af stjerner. Joanna Piotrowska, en ph.d. studerende ved University of Cambridge, vil præsentere det nye arbejde i dag på det virtuelle National Astronomy Meeting (NAM 2021).

Stjernedannelse i galakser har længe været et omdrejningspunkt for astronomiforskningen. Årtiers succesfulde observationer og teoretisk modellering resulterede i vores gode forståelse af, hvordan gas kollapser og danner nye stjerner både i og uden for vores egen Mælkevej. Imidlertid, takket være al-sky observationsprogrammer som Sloan Digital Sky Survey (SDSS), astronomer indså, at ikke alle galakser i det lokale univers er aktivt stjernedannende - der eksisterer en rigelig population af "hvilende" objekter, som danner stjerner med betydeligt lavere hastigheder.

Spørgsmålet om, hvad der stopper stjernedannelsen i galakser, er fortsat det største ukendte i vores forståelse af galakseudviklingen, diskuteret gennem de sidste 20 år. Piotrowska og hendes team lavede et eksperiment for at finde ud af, hvad der kunne være ansvarligt.

Ved at bruge tre avancerede kosmologiske simuleringer – EAGLE, Illustris og IllustrisTNG – astronomerne undersøgte, hvad vi ville forvente at se i det virkelige univers som observeret af SDSS, da forskellige fysiske processer stoppede stjernedannelsen i massive galakser.

Diagram, der viser den relative betydning af supermassive sorte huller, supernova eksplosioner, og haloer af mørkt stof, i at lukke ned for stjernedannelse i galakser. Kredit:Joanna Piotrowska

Astronomerne anvendte en maskinlæringsalgoritme til at klassificere galakser i stjernedannende og hvilende, spørger hvilke af tre parametre:massen af de supermassive sorte huller fundet i centrum af galakser (disse monsterobjekter har typisk millioner eller endda milliarder af gange vores sols masse), den samlede masse af stjerner i galaksen, eller massen af den mørke stof-halo omkring galakser, forudsiger bedst, hvordan galakser udvikler sig.

Disse parametre gjorde det muligt for teamet at finde ud af, hvilken fysisk proces:energiinjektion af supermassive sorte huller, supernovaeksplosioner eller chokopvarmning af gas i massive glorier er ansvarlige for at tvinge galakser til halvpension.

Et Hubble-rumteleskopbillede af den hvilende elliptiske galakse NGC 4150. I denne stjerneformation er i det væsentlige lukket ned. Kredit:NASA, ESA, R.M. Crockett (University of Oxford, U.K.), S. Kaviraj (Imperial College London og University of Oxford, U.K.), J. Silk (University of Oxford), M. Mutchler (Space Telescope Science Institute, Baltimore), R. O'Connell (University of Virginia, Charlottesville), og WFC3 Scientific Oversight Committee

De nye simuleringer forudsiger den supermassive sorte huls masse som den vigtigste faktor til at bremse stjernedannelsen. Afgørende, simuleringsresultaterne matcher observationer af det lokale univers, lægger vægt på forskernes resultater.

Piotrowska siger:"Det er virkelig spændende at se, hvordan simuleringerne forudsiger præcis, hvad vi ser i det virkelige univers. Supermassive sorte huller - genstande med masser svarende til millioner eller endda milliarder af sole - har virkelig en stor effekt på deres omgivelser. Disse monster objekter tvinger deres værtsgalakser til en slags halvpension fra stjernedannelse."

Sidste artikelPlanetariske skjolde vil spænde under stjernevinde fra deres døende stjerner

Næste artikelLangtidssvingninger af Solen opdaget