Vissa relationer är skrivna i stjärnorna. Det är definitivt fallet för supermassiva svarta hål och deras värdgalaxer, enligt en ny studie från Yale University.

Det "särskilda förhållandet" mellan supermassiva svarta hål (SMBH) och deras värdar – något som astronomer och fysiker har observerat ett bra tag – kan nu förstås som ett band som börjar tidigt i en galaxs bildning och har ett inflytande över hur både galaxen och SMBH i dess centrum växer över tiden, konstaterar forskarna.

Ett svart hål är en punkt i rymden där materia har komprimerats så hårt att det skapar en intensiv gravitation. Denna gravitation är tillräckligt stark för att inte ens ljus kan undgå dess dragkraft. Svarta hål kan vara så små som en enda atom eller så stora som miljarder mil i diameter. De största kallas "supermassiva" svarta hål och har en massa som är lika med den för miljoner – eller till och med miljarder – solar.

SMBHs finns ofta i centrum av stora galaxer, inklusive vår egen galax, Vintergatan. Även om SMBHs teoretiskt förväntades existera, de första observationsantydningarna upptäcktes på 1960-talet; tidigare i år, Event Horizon Telescope släppte den första silhuetten av ett svart hål i galaxen Messier 87. Astrofysiker fortsätter att teoretisera om ursprunget till svarta hål, hur de växer och lyser, och hur de interagerar med värdgalaxer i olika astronomiska miljöer.

"Det har varit mycket osäkerhet angående SMBH-galaxförbindelsen, i synnerhet om SMBH-tillväxten var tätare kopplad till stjärnbildningshastigheten eller massan av värdgalaxen, " sa Yale astrofysiker Priyamvada Natarajan, senior utredare för den nya studien, som står i journalen Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society . "Dessa resultat representerar de mest grundliga teoretiska bevisen för det förstnämnda - tillväxthastigheten för svarta hål verkar vara tätt kopplad till den hastighet med vilken stjärnor bildas i värden."

Natarajan har gjort betydande bidrag till vår förståelse av formationen, hopsättning, och tillväxt av SMBH, med hänsyn till deras omgivningar. Hennes arbete talar om den underliggande frågan om huruvida dessa samband bara är korrelationer eller tecken på djupare orsakssamband.

Natarajan och hennes team – första författaren Angelo Ricarte och Michael Tremmel från Yale och Thomas Quinn från University of Washington – använde sofistikerade uppsättningar av simuleringar för att göra upptäckten. Kallas Romulus, den kosmologiska simuleringen följer utvecklingen av olika regioner i universum från strax efter Big Bang fram till idag och inkluderar tusentals simulerade galaxer som finns i en mängd olika kosmiska miljöer.

Romulus-simuleringarna erbjuder den högsta upplösta ögonblicksbilden av tillväxten av svarta hål, ger en helt framväxande och skarpare bild av hur svarta hål växer inom ett brett spektrum av värdgalaxer, från de mest massiva galaxerna som ligger i mitten av galaxhopar – mycket täta områden som trånga stadskärnor – till mycket vanligare dvärggalaxer som bebor de glesare förorterna.

"I en tid då drivkrafterna bakom tillväxten av svarta hål är oklara, dessa simuleringar ger en enkel bild. De växer helt enkelt tillsammans med stjärnorna oberoende av galaxens massa, den större miljön, eller den kosmiska epoken, sa Ricarte, en före detta doktorand hos Natarajan som nu är postdoktor vid Harvard.

En av de mer spännande resultaten av studien, Ricarte noterade, har att göra med hur de största svarta hålen i universum interagerar med sina värdgalaxer över tid. Forskarna fann att SMBH och deras värdar växer i tandem, och att förhållandet är "självkorrigerande, "oberoende av vilken typ av miljö de lever i.

"Om SMBH börjar växa för snabbt och blir för stort för sitt galaktiska hem, fysiska processer säkerställer att dess tillväxt saktar ner i förhållande till galaxen, Tremmel förklarade. "Å andra sidan, om SMBH:s massa är för liten för sin galax, SMBH:s tillväxttakt ökar i förhållande till storleken på galaxen för att kompensera."