För ungefär ett decennium sedan, astronomer upptäckte en population av små, men massiva galaxer som kallas "röda nuggets". En ny studie som använder NASA:s Chandra X-ray Observatory indikerar att svarta hål har släckt stjärnbildningen i dessa galaxer och kan ha använt en del av det outnyttjade stjärnbränslet för att växa till ovanligt massiva proportioner.

Röda klumpar upptäcktes först av rymdteleskopet Hubble på stora avstånd från jorden, motsvarande tider bara cirka tre eller fyra miljarder år efter Big Bang. De är reliker från de första massiva galaxerna som bildades inom bara en miljard år efter Big Bang. Astronomer tror att de är förfäder till de jättelika elliptiska galaxerna som ses i det lokala universum. Massorna av röda klumpar liknar massorna av jättelika elliptiska galaxer, men de är bara ungefär en femtedel av sin storlek.

Medan de flesta röda nuggets slogs samman med andra galaxer under miljarder år, ett litet antal lyckades glida genom kosmos långa historia orörd. Dessa oskadda röda klumpar representerar ett gyllene tillfälle att studera hur galaxerna, och det supermassiva svarta hålet i deras centra, agera under miljarder år av isolering.

För första gången, Chandra har använts för att studera den heta gasen i två av dessa isolerade röda nuggets, 1216 MRK, och PGC 032673. De ligger bara 295 miljoner respektive 344 miljoner ljusår från jorden, snarare än miljarder ljusår för de första kända röda nuggets. Denna heta gas som avger röntgenstrålar innehåller avtrycket av aktivitet som genereras av de supermassiva svarta hålen i var och en av de två galaxerna.

"Dessa galaxer har funnits i 13 miljarder år utan att någonsin ha interagerat med någon annan i sitt slag, " sa Norbert Werner från MTA-Eötvös University Lendület Hot Universe and Astrophysics Research Group i Budapest, Ungern, som ledde studien. "Vi upptäcker att de svarta hålen i dessa galaxer tar över och resultatet är inte bra för nya stjärnor som försöker bilda sig."

Astronomer har länge vetat att materialet som faller mot svarta hål kan dirigeras utåt i höga hastigheter på grund av intensiva gravitations- och magnetfält. Dessa höghastighetsstrålar kan täppa till bildandet av stjärnor. Detta beror på att sprängningarna från det svarta hålets närhet ger en kraftfull värmekälla, förhindrar galaxens heta interstellära gas från att svalna tillräckligt för att tillåta ett stort antal stjärnor att bildas.

Temperaturen på den heta gasen är högre i mitten av MRK 1216-galaxen jämfört med dess omgivning, visar effekterna av den senaste tidens uppvärmning av det svarta hålet. Också, radioemission observeras från galaxens centrum, en signatur av strålar från svarta hål. Till sist, röntgenstrålningen från det svarta hålets närhet är ungefär hundra miljoner gånger lägre än en teoretisk gräns för hur snabbt ett svart hål kan växa – kallad "Eddington-gränsen" – där strålningens utåtriktade tryck balanseras av det inåtgående. tyngdkraft. Denna låga nivå av röntgenstrålning är typisk för svarta hål som producerar jetstrålar. Alla dessa faktorer ger starka bevis för att aktivitet som genereras av de centrala supermassiva svarta hålen i dessa galaxer med röda kullar undertrycker bildandet av nya stjärnor.

De svarta hålen och den heta gasen kan ha en annan anslutning. Författarna föreslår att mycket av det svarta hålets massa kan ha ackumulerats från den heta gasen som omger båda galaxerna. De svarta hålen i både MRK 1216 och PGC 032873 är bland de mest massiva kända, med uppskattade massor av cirka fem miljarder gånger solens, baserat på optiska observationer av stjärnornas hastigheter nära galaxernas centrum. Vidare, massorna av det svarta hålet MRK 1216 och möjligen den i PGC 032873 uppskattas vara några procent av de kombinerade massorna av alla stjärnor i galaxernas centrala delar, medan i de flesta galaxer, förhållandet är ungefär tio gånger mindre.

"Tydligen, lämnas åt sina egna enheter, svarta hål kan agera lite som en översittare, " sa medförfattaren Kiran Lakhchaura, även vid MTA-Eötvös universitet.

"De hindrar inte bara att nya stjärnor bildas, " sa medförfattaren Massimo Gaspari, en Einstein-stipendiat från Princeton University, "de kan också ta en del av det galaktiska materialet och använda det för att mata sig själva."

Dessutom, den heta gasen i och runt PGC 032873 är ungefär tio gånger svagare än den heta gasen runt MRK 1216. Eftersom båda galaxerna verkar ha utvecklats isolerat under de senaste 13 miljarder åren, denna skillnad kan ha uppstått från mer våldsamma utbrott från PGC 032873:s svarta hål tidigare, som blåste bort det mesta av den heta gasen.

"Chadras data berättar mer om hur länge, ensam resa genom kosmisk tid har varit som för dessa galaxer med röda kulor, " sa medförfattaren Rebecca Canning från Stanford University. "Även om galaxerna inte har interagerat med andra, de har visat massor av inre kaos."

Ett papper som beskriver dessa resultat i det senaste numret av Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society tidning och finns tillgänglig online.