Galaxer finns i en mängd olika former, storlekar och ljusstyrkor, allt från enfaldiga vanliga galaxer till lysande aktiva galaxer. Medan en vanlig galax är synlig främst på grund av ljuset från dess stjärnor, en aktiv galax lyser starkast i dess centrum, eller kärna, där ett supermassivt svart hål avger en konstant explosion av starkt ljus när det glupskt förbrukar närliggande gas och damm.

Att sitta någonstans på spektrumet mellan vanliga och aktiva galaxer är en annan klass, känd som lågjoniserande nuclear emission-line region (LINER) galaxer. Medan LINERs är relativt vanliga, står för ungefär en tredjedel av alla närliggande galaxer, astronomer har häftigt diskuterat den huvudsakliga källan till ljusemission från LINERs. Vissa hävdar att svagt aktiva galaktiska kärnor är ansvariga, medan andra hävdar att stjärnbildande områden utanför den galaktiska kärnan producerar mest ljus.

Ett team av astronomer observerade sex milda LINER-galaxer som plötsligt och överraskande förvandlades till glupska kvasarer – hem till den ljusaste av alla aktiva galaktiska kärnor. Teamet rapporterade sina observationer, som kan hjälpa till att avmystifiera naturen hos både LINERs och kvasarer samtidigt som de svarar på några brännande frågor om galaktisk evolution, i Astrofysisk tidskrift den 18 september, 2019. Baserat på deras analys, forskarna föreslår att de har upptäckt en helt ny typ av svarta håls aktivitet i mitten av dessa sex LINER-galaxer.

"För ett av de sex föremålen, vi trodde först att vi hade observerat en tidvattenstörning, som händer när en stjärna passerar för nära ett supermassivt svart hål och blir strimlad, sa Sara Fredrik, en doktorand vid University of Maryland Department of Astronomy och huvudförfattaren till forskningsartikeln. "Men vi fann senare att det var ett tidigare vilande svart hål som genomgick en övergång som astronomer kallar ett "föränderligt utseende", resulterar i en ljus kvasar. Genom att observera sex av dessa övergångar, allt i relativt tysta LINER-galaxer, tyder på att vi har identifierat en helt ny klass av aktiva galaktiska kärnor."

Alla sex överraskande övergångar observerades under de första nio månaderna av Zwicky Transient Facility (ZTF), ett automatiskt skyundersökningsprojekt baserat på Caltechs Palomar-observatorium nära San Diego, Kalifornien, som påbörjade observationer i mars 2018. UMD är en partner i ZTF-satsningen, underlättas av Joint Space-Science Institute (JSI), ett partnerskap mellan UMD och NASA:s Goddard Space Flight Center.

Ändrade utseendeövergångar har dokumenterats i andra galaxer - oftast i en klass av aktiva galaxer som kallas Seyfert-galaxer. Per definition, Seyfert-galaxer har alla en ljus, aktiv galaktisk kärna, men Seyfert-galaxerna typ 1 och typ 2 skiljer sig åt i mängden ljus de sänder ut vid specifika våglängder. Enligt Fredrik, många astronomer misstänker att skillnaden beror på vinkeln vid vilken astronomer ser galaxerna.

Typ 1 Seyfert-galaxer tros möta jorden frontalt, ge en fri sikt över deras kärnor, medan typ 2 Seyfert-galaxer lutar i en sned vinkel, så att deras kärnor delvis skyms av en munkformad ring av tät, dammiga gasmoln. Således, ändrade utseendeövergångar mellan dessa två klasser utgör ett pussel för astronomer, eftersom en galaxs orientering mot jorden inte förväntas förändras.

Frederick och hennes kollegors nya observationer kan ifrågasätta dessa antaganden.

"Vi började med att försöka förstå förändrade utseendetransformationer i Seyfert-galaxer. Men istället, vi hittade en helt ny klass av aktiva galaktiska kärnor som kan förvandla en pigg galax till en lysande kvasar, sa Suvi Gezari, en docent i astronomi vid UMD, a co-director of JSI and a co-author of the research paper. "Theory suggests that a quasar should take thousands of years to turn on, but these observations suggest that it can happen very quickly. It tells us that the theory is all wrong. We thought that Seyfert transformation was the major puzzle. But now we have a bigger issue to solve."

Frederick and her colleagues want to understand how a previously quiet galaxy with a calm nucleus can suddenly transition to a bright beacon of galactic radiation. Att lära sig mer, they performed follow-up observations on the objects with the Discovery Channel Telescope, which is operated by the Lowell Observatory in partnership with UMD, Boston University, the University of Toledo and Northern Arizona University. These observations helped to clarify aspects of the transitions, including how the rapidly transforming galactic nuclei interacted with their host galaxies.

"Our findings confirm that LINERs can, faktiskt, host active supermassive black holes at their centers, " Frederick said. "But these six transitions were so sudden and dramatic, it tells us that there is something altogether different going on in these galaxies. We want to know how such massive amounts of gas and dust can suddenly start falling into a black hole. Because we caught these transitions in the act, it opens up a lot of opportunities to compare what the nuclei looked like before and after the transformation."

Unlike most quasars, which light up the surrounding clouds of gas and dust far beyond the galactic nucleus, the researchers found that only the gas and dust closest to the nucleus had been turned on. Frederick, Gezari and their collaborators suspect that this activity gradually spreads from the galactic nucleus—and may provide the opportunity to map the development of a newborn quasar.

"It's surprising that any galaxy can change its look on human time scales. These changes are taking place much more quickly than we can explain with current quasar theory, " Frederick said. "It will take some work to understand what can disrupt a galaxy's accretion structure and cause these changes on such short order. The forces at play must be very extreme and very dramatic."

The research paper, "A New Class of Changing-look LINERs, " Sara Frederick, Suvi Gezari, Matthew Graham, Bradley Cenko, Sjoert Van Velzen, Daniel Stern, Nadejda Blagorodnova, Shrinivas Kulkarni, Lin Yan, Kishalay De, Christoffer Fremling, Tiara Hung, Erin Kara, David Shupe, Charlotte Ward, Eric Bellm, Richard Dekany, Dmitry Duev, Ulrich Feindt, Matteo Giomi, Thomas Kupfer, Russ Laher, Frank Masci, Adam Miller, James Neill, Chow-Choong Ngeow, Maria Patterson, Michael Porter, Ben Rusholme, Jesper Sollerman and Richard Walters, was published in The Astrofysisk tidskrift  on September 18, 2019.