De store sorte hullene som bor midt i galakser kan være sultne beist. Men hva tvinger den gassen og støvet de siste lysårene til å slå i disse supermassive sorte hullene?
Det er blitt teoretisert at sammenslåinger mellom galakser forstyrrer gassen og støvet i en galakse, og tvinger saken inn i det umiddelbare nabolaget av det sorte hullet. Det vil si inntil en fersk undersøkelse av 140 galakser som var vert for Active Galactic Nuclei (AGN) - et annet navn for aktive sorte hull i sentrum av galakser - ga sterke bevis på at mange av galakser som inneholder disse AGN, ikke viser tegn til fortidens sammenslåing.
Studien ble utført av et internasjonalt team av astronomer. Mauricio Cisternas fra Max Planck Institute for Astronomy og teamet hans brukte data fra 140 galakser som ble avbildet av XMM-Newton røntgenobservatorium. Galaxyene de prøvde, hadde en rødskift mellom z = 0,3 - 1, noe som betyr at de er mellom 4 og 8 milliarder lysår unna (og dermed er lyset vi ser fra dem omtrent 4-8 milliarder år gammelt).
De så ikke bare på bildene av de aktuelle galaksene; en skjevhet mot å klassifisere de galakser som viser at aktive kjerner som kan bli mer forvrengt fra sammenslåing kan krype inn. I stedet skapte de en "kontrollgruppe" av galakser ved å bruke bilder av inaktive galakser fra samme rødforskyvning som AGN-vertsgalaksen. De tok bildene fra Cosmic Evolution Survey (COSMOS), en undersøkelse av et stort område av himmelen i flere bølgelengder av lys. Siden disse galaksene var fra samme rødskift som de de ønsket å studere, viser de det samme stadiet i galaktisk evolusjon. I alt hadde de 1264 galakser i sammenligningsutvalget.
Måten de utformet studien på, involverte en grunnleggende vitenskap som vanligvis ikke brukes innen astronomi: den blinde studien. Cisternas og teamet hans hadde 9 sammenligningsgalakser - som ikke inneholdt AGN - av samme rødskift for hver av deres 140 galakser som viste tegn til å ha en aktiv kjerne.
Det de gjorde videre var å fjerne ethvert tegn på den lyse aktive kjernen i bildet. Dette betyr at galaksene i deres prøve på 140 galakser med AGN i det vesentlige ville gjort det vises til og med et trent øye som en galakse uten de tydelige tegn på en AGN. De sendte deretter kontrollgalaksen og de forandrede AGN-bildene til ti forskjellige astronomer, og ba dem klassifisere dem alle som "forvrengt", "moderat forvrengt" eller "ikke forvrengt".
Siden deres prøvestørrelse var ganske håndterbar, og forvrengningen i mange av galaksene ville være for subtil til at en datamaskin kan kjenne seg igjen, var den mønster-søkende menneskelige hjernen deres billedanalyseverktøy. Dette kan høres kjent ut - noe lignende blir gjort med enorm suksess med mennesker som er amatørgalakse-klassifisere på Galaxy Zoo.
Når en galakse slås sammen med en annen galakse, forvrenger fusjonen sin form på måter som kan identifiseres - den vil fordreie en normalt jevn elliptisk galakse ut av form, og hvis galaksen er en spiral, virker armene å være litt "viklet". Hvis det var tilfelle at galaktiske sammenslåinger er den mest sannsynlige årsaken til AGN, ville galaksene med en aktiv kjerne være mer sannsynlig å vise forvrengning fra denne tidligere fusjonen.
Teamet gikk gjennom denne prosessen med å blinde studien for å eliminere all skjevhet som de som ser på bildene ville ha for å klassifisere AGN som mer forvrengt. Ved å både ha en rimelig stor prøvestørrelse på galakser og fjerne eventuelle skjevheter når man analyserte bildene, håpet de på å definitivt vise om sammenhengen mellom AGN og fusjoner eksisterer.
Resultatet? De galaksene med en aktiv galaktisk nukleus viste ikke mer forvrengning i det store og hele enn galaksene i sammenligningsutvalget. Som forfatterne oppgir i papiret, er "sammenslåing og interaksjoner som involverer AGN-verter ikke dominerende, og forekommer ikke oftere enn for inaktive galakser."
Dette betyr at astronomer ikke kan peke på galaktiske sammenslåinger som hovedårsaken til AGN. Studien viste at minst 75% av etableringen av AGN - minst mellom de siste 4-8 milliarder årene - må være fra andre kilder enn galaktiske fusjoner. Sannsynligvis kandidater for disse kildene inkluderer: “galaktisk trakassering”, de galakser som ikke kolliderer, men som kommer nær nok til å påvirke hverandre gravitasjonelt; ustabiliteten til sentralstangen i en galakse; eller kollisjonen av gigantiske molekylære skyer i galaksen.
Når man vet at AGN ikke er forårsaket i stor grad av galaktiske sammenslåinger, vil det hjelpe astronomer å bedre forstå dannelsen og utviklingen av galakser. De aktive kjernene i galakser som er vert for dem, påvirker galaktisk dannelse i stor grad. Denne prosessen kalles ‘AGN feedback’, og mekanismene og effektene som følger av samspillet mellom energien som strømmer ut av AGN og det omgivende materialet i sentrum av en galakse, er fremdeles et varmt emne for astronomi.
Sammenslåing i de fjernere fortid enn 8 milliarder år kan ennå korrelere med AGN - denne studien utelukker bare en viss populasjon av disse galaksene - og dette er et spørsmål som teamet planlegger å ta neste gang, i påvente av undersøkelser fra Hubble romteleskop og James Webb romteleskopet. Studien deres vil bli publisert i 10. januar-utgaven av Astrophysical Journal, og en forhåndsutskriftversjon er tilgjengelig på Arxiv.
Kilde: HST-nyhetsoppgave, Max Planck Institute for Astronomy, Arxiv-papir
