Med hjälp av data från CALIFA Integral Field Spectroscopy (IFS) undersökning och avancerade modelleringsverktyg, forskare från Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) har fått viktiga resultat om den centrala sfäriska komponenten (bukten) i spiralgalaxer som Vintergatan, kasta nytt ljus över förståelsen av galaktisk evolution. Resultaten publiceras i senaste numret av Astronomi &Astrofysik .

Det tog flera år och mycket beräkningskraft att analysera ungefär en halv miljon spektra från ett prov som täcker alla morfologiska typer av icke-interagerande spiralgalaxer. Teamet gjorde de första mätningarna av åldersvariationen av stjärnor i utbuktningen, från centrum till periferin, och bestämt hur denna åldersskillnad relaterar till andra galaxegenskaper, som förekomsten av aktiva galaktiska kärnor (AGN) och den totala massan av stjärnor i galaxen.

Studien avslöjade att stjärnpopulationen i mitten av de mest massiva spiralgalaxerna är äldre än stjärnorna vid kanten av utbuktningen, i lågmassgalaxer, det motsatta händer - de yngsta stjärnorna befolkar mitten av utbuktningen, och de äldre är i periferin. Detta resultat överensstämmer med en tidigare studie av teamet, som redan hade hittat starka bevis för ett enhetligt scenario för bildandet av spiralgalaxer. I motsats till tidigare hypoteser, låg- och högmassspiralgalaxer uppträder på samma sätt, även om galaxer med hög massa passerar samma bildningsstadier tidigare och snabbare än sina motsvarigheter med lägre massa.

Dessa mätningar kan användas för att uppskatta effekten av en AGN på utbuktning (och därför galaktisk) evolution. Det faktum att massan av en utbuktning är tätt kopplad till massan hos det supermassiva svarta hålet som driver AGN pekar på en intim fysisk koppling mellan tillväxten av galaxer och deras supermassiva svarta hål. Att förstå utbuktningsbildning och evolution är därför oumbärligt för förståelsen av hur supermassiva svarta hål föddes under eran av återjonisering, och hur de påverkade utvecklingen av galaxer.

IA-forskaren Iris Breda, tidningens ledande författare, utvecklade det mesta av detta arbete under hennes nyligen avslutade Ph.D. vid IA och naturvetenskapliga fakulteten vid universitetet i Porto. Hon säger, "Det finns många viktiga lärdomar man kan dra från vår studie, den mest relevanta är att utbuktningar som är värd för massiva spiralgalaxer inte kan ha bildats i en snabb och våldsam stjärnbildningsepisod som man brukar tro. Tvärtom, dessa resultat stöder ett scenario där dessa utbuktningar bildas gradvis inom 2 till 4 miljarder år. Tillsammans med våra tidigare resultat, vår senaste studie ger stöd till hypotesen att de minst massiva galaxerna, som nu aktivt bildar stjärnor i mitten av sina utbuktningar, för närvarande liknar en förminskad version av de mest massiva spiralgalaxerna i deras tidiga evolutionära stadier."

FCT-utredare Polychronis Papaderos, ledare för IA-studier om sammansättningshistoria av galaxer lösta i rum och tid, säger, "En AGN evakuerar utbuktningen från kall gas, och stänger därför av stjärnbildning, först i dess centrala del, och allt eftersom tiden går, i dess periferi. Detta fenomen resulterar i en minskning av medelåldern för stjärnpopulationer när vi flyttar från mitten till utbuktningens periferi. Genom att dra fördel av detta faktum, vi uppfann en metod för att uppskatta medelhastigheten för släckningen av stjärnbildningen inifrån och ut som drivs av AGN. Den relativt låga hastigheten vi drar slutsatsen (1-2 km/s) antyder att ökningen av AGN-aktivitet inte leder till en katastrofal episod av plötsligt avlägsnande av gas och ett abrupt avbrott av stjärnbildningen i hela utbuktningen."

Deltagandet av IA:s team i radioundersökningar såsom Evolutionary Map of the Universum (EMU) erbjuder idealiska förutsättningar för en aldrig tidigare skådad detaljerad studie av interaktionen mellan AGN och omgivande gas i galaktiska kärnor genom djup radiointerferometri. Detta gör att de kan leta efter småskaliga radiostrålar i utbuktningar, som de tror gick oupptäckt i tidigare lågupplösta radiointerferometriobservationer.

Studiet av AGN-aktivitet sedan eran av återjonisering och dess inverkan på galaktisk evolution utgör en av huvudaxlarna för forskningen vid IA.

IA-koordinator José Afonso vid naturvetenskapliga fakulteten vid universitetet i Lissabon säger, "De finare detaljerna i galaxbildning och evolution undersöks äntligen, kombinera aldrig tidigare skådade observationer med revolutionerande beräkningsverktyg och modellering. Dessa tekniker kommer snart att gå till nästa nivå, eftersom vi kommer att installera en ny, kraftfull spektrograf, MÅNAR, vid ESO:s Very Large Telescope. Vi kommer då att ha tillgång till detaljerade observationer av miljontals galaxer under galaxevolutionens storhetstid i universum, när universum var mindre än hälften av sin nuvarande ålder. IA-forskare kommer att vara där, utforska dessa nya observationer och hjälpa till att bättre förstå galaxernas sammansättningshistoria."