En bild av Messier 101, Pinwheel Galaxy, gjord med rymdteleskopet Hubble. De ljusa blå klumparna i spiralarmarna är platser för nya stjärnbildningar. Kredit:NASA, ESA, K. Kuntz (JHU), F. Bresolin (University of Hawaii), J. Trauger (Jet Propulsion Lab), J. Mold (NOAO), Y.-H. Chu (University of Illinois, Urbana), och STScI
Svarta hål med massor som motsvarar miljontals solar bromsar födelsen av nya stjärnor, säger astronomer. Med hjälp av maskininlärning och tre toppmoderna simuleringar för att säkerhetskopiera resultat från en stor himmelsundersökning, forskarna löser en 20 år lång debatt om bildandet av stjärnor. Joanna Piotrowska, en Ph.D. student vid University of Cambridge, kommer att presentera det nya verket idag på det virtuella nationella astronomimötet (NAM 2021).
Stjärnbildning i galaxer har länge varit en samlingspunkt för astronomiforskningen. Årtionden av framgångsrika observationer och teoretiska modellering resulterade i vår goda förståelse för hur gas kollapsar för att bilda nya stjärnor både i och bortom vår egen Vintergatan. Dock, tack vare all-sky observation-program som Sloan Digital Sky Survey (SDSS), astronomer insåg att inte alla galaxer i det lokala universum aktivt stjärnbildar – det finns en riklig population av "vila" objekt som bildar stjärnor med betydligt lägre hastigheter.
Frågan om vad som stoppar stjärnbildningen i galaxer är fortfarande den största okända i vår förståelse av galaxens evolution, diskuterats under de senaste 20 åren. Piotrowska och hennes team startade ett experiment för att ta reda på vad som kan vara ansvarigt.
Med hjälp av tre toppmoderna kosmologiska simuleringar – EAGLE, Illustris och IllustrisTNG – astronomerna undersökte vad vi skulle förvänta oss att se i det verkliga universum som observerats av SDSS, när olika fysiska processer stoppade stjärnbildningen i massiva galaxer.
Diagram som visar den relativa betydelsen av supermassiva svarta hål, supernovaexplosioner, och haloer av mörk materia, i att stänga stjärnbildningen i galaxer. Kredit:Joanna Piotrowska
Astronomerna använde en maskininlärningsalgoritm för att klassificera galaxer i stjärnbildande och vilande, frågar vilken av tre parametrar:massan av de supermassiva svarta hålen som finns i mitten av galaxer (dessa monsterobjekt har vanligtvis miljoner eller till och med miljarder gånger massan av vår sol), den totala massan av stjärnor i galaxen, eller massan av den mörka materiens halo runt galaxer, förutsäger bäst hur galaxer blir.
Dessa parametrar gjorde det sedan möjligt för teamet att räkna ut vilken fysisk process:energiinjektion av supermassiva svarta hål, supernovaexplosioner eller chockuppvärmning av gas i massiva glorier är ansvariga för att tvinga galaxer till halvpension.
En bild från Hubble Space Telescope av den vilande elliptiska galaxen NGC 4150. I denna stjärnbildning har i princip stängts av. Kredit:NASA, ESA, R.M. Crockett (University of Oxford, STORBRITANNIEN.), S. Kaviraj (Imperial College London och University of Oxford, STORBRITANNIEN.), J. Silk (University of Oxford), M. Mutchler (Space Telescope Science Institute, Baltimore), R. O'Connell (University of Virginia, Charlottesville), och WFC3:s vetenskapliga övervakningskommitté
De nya simuleringarna förutspår det supermassiva svarta hålets massa som den viktigaste faktorn för att bromsa stjärnbildningen. Avgörande, simuleringsresultaten matchar observationer av det lokala universum, lägga vikt till forskarnas resultat.
Piotrowska säger:"Det är verkligen spännande att se hur simuleringarna förutsäger exakt vad vi ser i det verkliga universum. Supermassiva svarta hål - föremål med massor som motsvarar miljoner eller till och med miljarder solar - har verkligen en stor effekt på sin omgivning. Dessa monster objekt tvingar sina värdgalaxer till ett slags halvpension från stjärnbildning."
