Under de senaste två decennierna, astronomer har kommit fram till att de flesta, om inte alla, galaxer är värd för massiva svarta hål i sina centra – och massorna av ett svart hål och dess värdgalax är korrelerade. Men hur hänger de två ihop? Nu, en University of Hawaii vid Mānoa Institute for Astronomy (IfA) student som deltar i National Science Foundations (NSF) Research Experiences for Undergraduates (REU) program, kan ha avslöjat en del av svaret.

Rebecca Minsley, doktorand, deltog i IfAs 2019 REU-program, arbetade i 10 veckor med sin mentor, Maunakea Spectroscopic Explorer Biträdande projektforskare Andreea Petric. Sållar noggrant igenom hundratals bilder av galaxer, Minsley började definiera en tydligare bild av galaxens evolution. "Galaxtillväxt kan formas av interaktioner med andra galaxer som bidrar till supermassiva svarta hål (SMBH) som växer inom galaxens centrum, Minsley förklarade.

Gas och damm mellan stjärnor, kallas det interstellära mediet (ISM), är bränslet för både SMBH-tillväxt och bildandet av nya stjärnor. Men nyare arbeten visar att ISM kan ha olika egenskaper - särskilt varmare - i galaxer som är värd för ett växande supermassivt svart hål i sina kärnor, jämfört med de galaxer som inte gör det. Varmare gas är mindre sannolikt att kollapsa till nya stjärnor, så detta fynd kan tyda på att en växande central SMBH minskar en galaxs förmåga att skapa nya stjärnor.

Vad kan vara ansvarigt för att värma upp ISM? Starlight, speciellt från heta stjärnor, kan göra detta. Men interaktioner mellan galaxer – när de kolliderar eller till och med bara passerar nära varandra – kan producera storskaliga chockvågor som komprimerar mindre tät gas, vilket gör det mer sannolikt att bilda stjärnor. Minsley studerade formerna på 630 galaxer med hjälp av bilder från Pan-STARRS-undersökningen. Hon klassificerade galaxerna i sammanslagningar, tidiga sammanslagningar, och icke-fusioner. Och sedan jämförde formerna med ljusutbytet från samma galaxer vid längre medelinfraröda våglängder, där hon kunde studera egenskaperna hos ISM.

"När galaxer kommer tillräckligt nära går de igenom en sorts galaktisk dans tills de slutligen smälter samman till en singulär enhet. Dessa interaktioner har väldokumenterade signaturer som gjorde det möjligt för mig att kategorisera vår uppsättning galaxer, "Det här projektet gav mig en större uppskattning för komplexiteten och förvecklingen av alla processer som äger rum inuti galaxer och forskningen som görs för att dekonstruera galaktiska system är fascinerande."

Minsley och medarbetare fann att inom galaxer med aktiva svarta hål, ISM är varmare, förhållandet mellan varm molekylär gas och andra kylmedel är större, och andra egenskaper från dammpartiklar har ett bredare värdeområde än i galaxer där de svarta hålen är vilande.

"I det närliggande universum finner vi att den varma ISM för galaxer som är värd för växande supermassiva svarta hål i sina centrum skiljer sig från de som inte gör det, " förklarar Petric. "Vi spekulerar i att samma processer som leder bränsle till SMBH också tillåter oss att detektera energiöverföringen tillbaka till galaxens ISM." Petric tillägger att framtiden, mer detaljerade observationer, kommer att tillåta forskare bekräfta dessa energiöverföringsprocesser.

IfA har varit en del av det prestigefyllda REU-programmet i nästan 20 år, utbilda över 130 elever, av vilka några nu är ledare inom olika astronomiområden. På grund av denna unika möjlighet att arbeta på Hawaii med anläggningar och forskare i världsklass, IfA tar emot över 500 ansökningar varje termin. Fokus för deras REU-program är att identifiera studenter som har potential att lyckas med forskning, men kanske inte har möjlighet och resurser.

Nader Haghighipour, huvudutredaren för IfAs REU-program, noterade, "Med våra mentorer bland världsledande inom sina respektive områden, våra REU-studenter är engagerade i spetsforskning. Rebeccas verk är ett utmärkt exempel på detta. Vi är mycket stolta över våra REU-studenter, eftersom nästan alla av dem fortsatte sina studier i forskarskolan, och många av dem har fått nationellt erkännande."

Under höstterminen 2020, Petric och UH Mānoa undergraduate Diana Castaneda kommer att fortsätta att undersöka ISM för galaxer som är värd för några av de mest lysande växande SMBH i det närliggande universum, med hjälp av en spektrometer ombord på flygplanet Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA). SOFIA-observationerna kommer att tillåta Castaneda och Petric att få mer insikt i de processer genom vilka energi överförs mellan den växande SMBH och ISM.

Detta arbete publiceras i numret av den 10 maj Astrofysisk tidskrift och finns tillgänglig i förtryck på ArXiv .