Kredit:NASA, ESA, Hubble Heritage-Hubble Collaboration och A. Evans
En student från University of Massachusetts Amherst har bidragit med betydande arbete angående tillväxten av stjärnor och svarta hål, vilket ger nyckelinsikter om hur de är kopplade. Denna nya information kommer att göra det möjligt för James Webb Space Telescope (JWST) att mer effektivt reda ut hur exakt galaxer fungerar.
Astronomer vet att utvecklingen av galaxer drivs av två processer:tillväxten av supermassiva svarta hål i varje galaxs centrum och bildandet av nya stjärnor. Hur dessa processer hänger ihop har förblivit ett mysterium och är en av frågorna som det nyligen lanserade rymdteleskopet James Webb (JWST) kommer att undersöka. Arbete av Meredith Stone, som tog examen från UMass Amhersts astronomiprogram i maj 2022, kommer att hjälpa forskare att bättre förstå hur de är kopplade.
"Vi vet att galaxer växer, kolliderar och förändras under hela sitt liv", säger Stone, som avslutade denna forskning under ledning av Alexandra Pope, professor i astronomi vid University of Massachusetts Amherst och senior författare till en ny artikel, nyligen publicerad i The Astrophysical Journal . "Och vi vet att tillväxt av svarta hål och stjärnbildning spelar avgörande roller. Vi tror att de två är sammanlänkade och att de reglerar varandra, men hittills har det varit väldigt svårt att se exakt hur."
En del av anledningen till att det har varit svårt att studera interaktionen mellan svarta hål och stjärnor är att vi inte riktigt kan se dessa interaktioner eftersom de äger rum bakom enorma moln av galaktiskt stoft. "För galaxer som aktivt bildar stjärnor kan mer än 90 % av det synliga ljuset absorberas av damm", säger Pope, "och detta stoft absorberar synligt ljus."
Men det finns en lösning:När dammet absorberar synligt ljus, värms det upp, och även om det blotta mänskliga ögat inte kan se värme, kan infraröda teleskop. "Vi använde Spitzer Space Telescope", säger Stone, som kommer att påbörja sina forskarstudier i astronomi vid University of Arizona i höst, "som samlades in under kampanjen Great Observatories All-sky LIRG Survey (GOALS), för att titta på mitten av infrarött våglängdsområde för några av de ljusaste galaxerna som är relativt nära jorden." Stone och hennes medförfattare letade i synnerhet efter speciella spårämnen som är fingeravtrycken av svarta hål och stjärnor mitt i formationen.
Svårigheten är att dessa fingeravtryck är extremt svaga och nästan omöjliga att skilja från det allmänna bruset i det infraröda spektrumet. "Vad Meredith gjorde," säger Pope, "är att kalibrera mätningarna av dessa spårämnen så att de är mer distinkta."
När teamet väl hade dessa mer distinkta observationer i handen kunde de se att svarta hålstillväxt och stjärnbildning faktiskt sker samtidigt i samma galaxer och de verkar påverka varandra. Stone kunde till och med beräkna förhållandet som beskriver hur de två fenomenen hänger ihop.
Detta är inte bara en spännande vetenskaplig prestation i sig, Stones arbete kan tas upp av JWST, med dess oöverträffade tillgång till det mellaninfraröda spektrumljuset, och användas för att nollställa de frågor som återstår mycket närmare. För även om Stone och hennes medförfattare, inklusive UMass Amherst astronomistudenten Jed McKinney, kvantifierade hur svarta hål och stjärnor är sammanlänkade i samma galax, förblir varför de är sammanlänkade ett mysterium. + Utforska vidare
