Astronomer har upptäckt vad som kan hända när ett gigantiskt svart hål inte ingriper i livet för en galaxhop. Med hjälp av NASA:s Chandra X-ray Observatory och andra teleskop har de visat att passiva svarta håls beteende kan förklara en anmärkningsvärd ström av stjärnbildning som inträffar i en avlägsen galaxhop.

Galaxhopar innehåller hundratals eller tusentals galaxer genomsyrade av heta, Röntgengas som uppväger den sammanlagda massan av alla galaxer. Utstötningar av material som drivs av ett supermassivt svart hål i klustrets centrala galax förhindrar vanligtvis denna heta gas från att svalna för att bilda ett stort antal stjärnor. Denna uppvärmning tillåter supermassiva svarta hål att påverka eller kontrollera aktiviteten och utvecklingen av deras värdkluster.

Men vad händer om det svarta hålet slutar vara aktivt? Galaxhopen SpARCS104922.6+564032.5 (förkortat SpARCS1049) som ligger 9,9 miljarder ljusår bort från jorden ger ett svar.

Baserat på observationer från NASA:s Hubble Space Telescope och Spitzer Space Telescope, astronomer hade tidigare upptäckt att stjärnor bildades i en extraordinär hastighet av cirka 900 nya solar värda massa per år i SpARCS1049. Detta är över 300 gånger snabbare än den hastighet med vilken vår galax, Vintergatan, bildar sina stjärnor. (Med den takt som visas i SpARCS1049, alla stjärnor i Vintergatan kan bildas på bara 100 miljoner år, vilket är en kort tidsperiod jämfört med vår galaxs ålder på mer än tio miljarder år.)

"Det påminner mig om det gamla uttrycket "när katten är borta, mössen kommer att leka, ", sa Julie Hlavacek-Larrondo vid University of Montreal i Kanada, som ledde studien. "Här katten, eller svart hål, är tyst och mössen, eller stjärnor, är väldigt upptagna."

Denna rasande stjärnbildning sker omkring 80, 000 ljusår bort från centrum av SpARCS1049 i en region utanför någon av klustrets galaxer. Astronomer har frågat:vad är orsaken till denna fantastiska cykel av stjärnfödelse?

Svaret kan komma från nya Chandra-data som avslöjar beteendet hos den heta gasen i SpARCS1049. I större delen av klustret, gasens temperatur är cirka 65 miljoner grader. Dock, på platsen för stjärnbildning är gasen tätare än genomsnittet och har svalnat till en temperatur på endast cirka 10 miljoner grader. Närvaron av denna kallare gas tyder på att andra oupptäckta gasreservoarer har svalnat till ännu lägre temperaturer som gör att enorma antal stjärnor kan bildas.

"Utan att det svarta hålet aktivt pumpar energi in i sin omgivning, gasen kan svalna tillräckligt så att denna imponerande takt av stjärnbildning kan ske, " sa medförfattaren Carter Rhea, även vid University of Montreal. "Denna sorts svarta håls avstängning kan vara ett avgörande sätt för stjärnor att bildas i det tidiga universum."

Även om det finns många exempel där energi som injiceras av svarta hål i deras omgivning är ansvarig för att minska takten för stjärnbildning med faktorer på tiotals eller tusentals eller mer, dessa kluster är vanligtvis bara några hundra miljoner ljusår från jorden och är mycket äldre än SpARCS1049.

När det gäller SpARCS1049, astronomer ser inga tecken på att ett supermassivt svart hål i den centrala galaxen aktivt drar in materia. Till exempel, det finns inga bevis för att en materialstråle blåser bort från det svarta hålet vid radiovåglängder, eller av en röntgenkälla från mitten av galaxen som indikerar att materia värmdes upp när den föll mot ett svart hål.

"Många astronomer har trott att utan ingripande från ett svart hål, bildandet av stjärnor skulle ta slut, " sa medförfattaren Tracy Webb från McGill, som först upptäckte SpARCS1049 2015 med NASA:s Spitzer Space Telescope. "Nu har vi observationsbevis för att detta verkligen är vad som äger rum."

Varför är det svarta hålet så tyst? Den observerade skillnaden i position mellan den tätaste gasen och den centrala galaxen kan vara orsaken. Detta skulle innebära att det supermassiva svarta hålet i mitten av denna galax svälter efter bränsle. Förlusten av en bränslekälla för det svarta hålet förhindrar utbrott och låter gasen svalna utan hinder, med den tätaste gasen kyls snabbast. En förklaring till denna förskjutning är att två mindre galaxhopar kolliderade någon gång i det förflutna för att skapa SpARCS1049, flyttar den tätaste gasen bort från den centrala galaxen.

En artikel som beskriver dessa resultat publicerades i The Astrofysiska tidskriftsbrev .