Decennia lang hebben astrofysici zich verwonderd over de relatie tussen Supermassive Black Holes (SMBHs) en hun respectievelijke sterrenstelsels. Sinds de jaren zeventig wordt aangenomen dat de meeste massieve sterrenstelsels een SMBH als middelpunt hebben en dat deze worden omgeven door roterende torussen van gas en stof. De aanwezigheid van deze zwarte gaten en tori is de oorzaak dat enorme sterrenstelsels een actieve galactische kern (AGN) hebben.
Een recent onderzoek uitgevoerd door een internationaal team van onderzoekers bracht echter een verrassende conclusie aan het licht bij het bestuderen van deze relatie. Met behulp van de Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) om een actief sterrenstelsel te observeren met een sterke geïoniseerde gasstroom uit het galactische centrum, behaalde het team resultaten die erop konden wijzen dat er geen verband bestaat tussen een SMBH en zijn gaststelsel.
De studie, getiteld "Geen teken van een sterke uitstroom van moleculair gas in een met infrarood helder stof verduisterd sterrenstelsel met een sterke uitstroom van geïoniseerd gas", verscheen onlangs in de Astrophysical Journal. De studie werd geleid door Yoshiki Toba van het Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics in Taiwan en omvatte leden van de Ehime University, Kogakuin University en het National Astronomical Observatory of Japan, The Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI) en Johns Hopkins University .
De vraag hoe SMBH's de galactische evolutie hebben beïnvloed, blijft een van de grootste onopgeloste vragen in de moderne astronomie. Onder astrofysici is het een uitgemaakte zaak dat SMBH's een aanzienlijke invloed hebben op de vorming en evolutie van sterrenstelsels. Volgens dit geaccepteerde idee beïnvloeden SMBH's het moleculaire gas in sterrenstelsels aanzienlijk, wat een diepgaand effect heeft op de stervorming.
Deze theorie houdt in feite in dat grotere sterrenstelsels meer gas verzamelen, wat resulteert in meer sterren en een massiever centraal zwart gat. Tegelijkertijd is er een feedbackmechanisme, waarbij groeiende zwarte gaten meer materie op zich nemen. Dit resulteert erin dat ze een enorme hoeveelheid energie uitzenden in de vorm van straling en deeltjesstralen, waarvan wordt aangenomen dat ze de stervorming in hun omgeving beperken.
Echter, bij het observeren van een infrarood (IR) -helder stof-verduisterd sterrenstelsel (DOG) - WISE1029 + 0501 - behaalden Yoshiki en zijn collega's resultaten die in tegenspraak waren met dit idee. Na een gedetailleerde analyse met ALMA te hebben uitgevoerd, ontdekte het team dat er geen tekenen waren van significante uitstroom van moleculair gas afkomstig van WISE1029 + 0501. Ze ontdekten ook dat de stervormingsactiviteit in de melkweg niet intenser of onderdrukt was.
Dit geeft aan dat een sterke uitstroom van geïoniseerd gas afkomstig van de SMBH in WISE1029 + 0501 de omringende moleculaire gas- of stervorming niet significant beïnvloedde. Zoals Dr. Yoshiki Toba uitlegde, dit resultaat:
“[H] maakte de co-evolutie van sterrenstelsels en superzware zwarte gaten raadselachtiger. De volgende stap is het onderzoeken van meer gegevens van dit soort sterrenstelsels. Dat is cruciaal voor het begrijpen van het volledige beeld van de vorming en evolutie van sterrenstelsels en superzware zwarte gaten ”.
Dit druist niet alleen in tegen de conventionele wijsheid, maar ook in het licht van recente studies die een nauwe correlatie lieten zien tussen de massa van centrale zwarte gaten en die van hun gaststelsels. Deze correlatie suggereert dat superzware zwarte gaten en hun gaststelsels in de loop van de afgelopen 13,8 miljard jaar samen zijn geëvolueerd en nauw met elkaar zijn samengegroeid naarmate ze groeiden.
In dit opzicht heeft deze laatste studie het mysterie van de relatie tussen SMBH's en hun sterrenstelsels alleen maar verdiept. Zoals Tohru Nagao, een professor aan de Ehime University en een co-auteur van de studie, aangaf:
“[W] e astronomen begrijpen de werkelijke relatie tussen de activiteit van superzware zwarte gaten en stervorming in sterrenstelsels niet. Daarom staan veel astronomen, waaronder wij, te popelen om de werkelijke scène van de interactie tussen de nucleaire uitstroom en de stervormingsactiviteiten te observeren, om het mysterie van de co-evolutie te onthullen. ”
Het team selecteerde WISE1029 + 0501 voor hun onderzoek omdat astronomen geloven dat DOG's actief groeiende SMBH's in hun kernen herbergen. In het bijzonder is WISE1029 + 0501 een extreem voorbeeld van sterrenstelsels waar uitstromend gas wordt geïoniseerd door de intense straling van zijn SMBH. Als zodanig zijn onderzoekers zeer gemotiveerd om te zien wat er gebeurt met het moleculaire gas van dit sterrenstelsel.
De studie is mogelijk gemaakt dankzij de gevoeligheid van ALMA, wat uitstekend is als het gaat om het onderzoeken van de eigenschappen van moleculair gas en stervormingsactiviteit in sterrenstelsels. In feite zijn er de afgelopen jaren meerdere onderzoeken uitgevoerd die op ALMA hebben vertrouwd om de gaseigenschappen en SMBH's van verre sterrenstelsels te onderzoeken.
En hoewel de resultaten van deze studie in tegenspraak zijn met wijdverbreide theorieën over galactische evolutie, zijn Yoshiki en zijn collega's enthousiast over wat deze studie zou kunnen onthullen. Uiteindelijk kan het zijn dat straling van een SMBH niet altijd de moleculaire gas- en stervorming van zijn gaststelsel beïnvloedt.
"Het begrijpen van een dergelijke co-evolutie is cruciaal voor de astronomie", zei Yoshiki. "Door statistische gegevens van dit soort sterrenstelsels te verzamelen en door te gaan met meer vervolgwaarnemingen met ALMA, hopen we de waarheid te onthullen."
