Förekomsten av ett stort antal molekyler i vindar som drivs av supermassiva svarta hål i galaxernas centrum har förbryllat astronomer sedan de upptäcktes för mer än ett decennium sedan. Molekyler spårar de kallaste delarna av rymden, och svarta hål är de mest energiska fenomenen i universum, så att hitta molekyler i svarta hålvindar var som att upptäcka is i en ugn.

Astronomer ifrågasatte hur någonting kunde överleva värmen från de energiska utflödena, men en ny teori från forskare vid Northwestern University Center for Interdisciplinary Research and Exploration in Astrophysics (CIERA) förutspår att dessa molekyler inte överlever alls, men helt nya molekyler, födda i vindarna med unika egenskaper som gör att de kan anpassa sig till och frodas i den fientliga miljön.

Teorin, publiceras i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society , är verk av Lindheimer postdoktor Alexander Richings, vem utvecklade datorkoden som, för första gången, modellerade de detaljerade kemiska processerna som sker i interstellär gas accelererad av strålning som sänds ut under tillväxten av supermassiva svarta hål. Claude-André Faucher-Giguère, som studerar galaxbildning och evolution som biträdande professor vid Northwesterns Weinberg College of Arts and Sciences, är medförfattare.

"När en vind av ett svart hål sveper upp gas från sin värdgalax, gasen värms upp till höga temperaturer, som förstör alla befintliga molekyler, "Richings sa." Genom att modellera molekylkemin i datasimuleringar av svarta hålvindar, vi fann att denna uppsvällda gas därefter kan svalna och bilda nya molekyler. "

Denna teori besvarar frågor som väckts av tidigare observationer gjorda med flera avancerade astronomiska observatorier, inklusive Herschel Space Observatory och Atacama Large Millimeter Array, ett kraftfullt radioteleskop beläget i Chile.

År 2015, astronomer bekräftade förekomsten av energiska utflöden från supermassiva svarta hål som finns i mitten av de flesta galaxer. Dessa utflöden dödar allt i deras väg, utvisa maten - eller molekylerna - som bränner stjärnbildning. Dessa vindar antas också vara ansvariga för existensen av "röda och döda" elliptiska galaxer, där inga nya stjärnor kan bildas.

Sedan, under 2017, astronomer observerade snabbt rörliga nya stjärnor som bildades i vindarna - ett fenomen som de trodde skulle vara omöjligt med tanke på de extrema förhållandena i svarta hålsdrivna utflöden.

Nya stjärnor bildas från molekylär gas, så Richings och Faucher-Giguères nya teori om molekylbildning hjälper till att förklara bildandet av nya stjärnor i vindar. Det upprätthåller tidigare förutsägelser om att svarta hålvindar förstör molekyler vid första kollisionen men förutspår också att nya molekyler - inklusive väte, kolmonoxid och vatten - kan bildas i vindarna själva.

"Detta är första gången som molekylbildningsprocessen har simulerats i full detalj, och enligt vår uppfattning, det är en mycket övertygande förklaring till observationen att molekyler är allestädes närvarande i supermassiva svarta hålsvindar, som har varit ett av de stora utestående problemen på området, "Sa Faucher-Giguère.

Richings och Faucher-Giguère förutspår att de nya molekylerna som bildas i vindarna är varmare och ljusare i infraröd strålning jämfört med redan existerande molekyler. Den teorin kommer att sättas på prov när NASA skjuter upp rymdteleskopet James Webb våren 2019. Om teorin stämmer, teleskopet kommer att kunna kartlägga svarta håls utflöden i detalj med hjälp av infraröd strålning.