De stora svarta hålen som finns i mitten av galaxer kan vara hungriga bestar. När damm och gas tvingas in i närheten av de svarta hålen trängs det ihop och tränger ihop sig och avger mycket värme och ljus. Men vad tvingar den gasen och dammet in i dessa supermassiva svarta hål de senaste ljusåren?
Det har föreslagits att sammanslagningar mellan galaxer stör gasen och stoftet i en galax och tvingar in materien i det svarta hålets omedelbara närhet. Det vill säga, tills en nyligen genomförd studie av 140 galaxer som är värd för Active Galactic Nuclei (AGN) – ett annat namn för aktiva svarta hål i mitten av galaxer – gav starka bevis för att många av galaxerna som innehåller dessa AGN inte visar några tecken på tidigare sammanslagningar.
Studien utfördes av ett internationellt team av astronomer. Mauricio Cisternas från Max Planck Institute for Astronomy och hans team använde data från 140 galaxer som avbildades av XMM-Newtons röntgenobservatorium. Galaxerna de tog prov på hade en rödförskjutning mellan z= 0,3 – 1, vilket betyder att de är mellan cirka 4 och 8 miljarder ljusår bort (och därmed är ljuset vi ser från dem cirka 4-8 miljarder år gammalt).
De tittade dock inte bara på bilderna av galaxerna i fråga; en partiskhet mot att klassificera de galaxer som visar att aktiva kärnor är mer förvrängda från sammanslagningar kan smyga sig in. Snarare skapade de en 'kontrollgrupp' av galaxer, med hjälp av bilder av inaktiva galaxer från samma rödförskjutning som AGN-värdgalaxerna. De tog bilderna från Cosmic Evolution Survey (COSMOS), en undersökning av en stor del av himlen i flera ljusvåglängder. Eftersom dessa galaxer var från samma rödförskjutning som de de ville studera, visar de samma skede i galaktisk evolution. Sammanlagt hade de 1264 galaxer i sitt jämförelseprov.
Sättet som de utformade studien involverade en vetenskapsgrund som normalt inte används inom astronomiområdet: den blinda studien. Cisternas och hans team hade 9 jämförelsegalaxer – som inte innehöll AGN – med samma rödförskjutning för var och en av deras 140 galaxer som visade tecken på att ha en aktiv kärna.
Vad de sedan gjorde var att ta bort alla tecken på den ljusa aktiva kärnan i bilden. Detta betyder att galaxerna i deras prov på 140 galaxer med AGN i huvudsak skulle göra detdyka upptill och med ett tränat öga som en galax utan tecken på en AGN. De skickade sedan in kontrollgalaxerna och de ändrade AGN-bilderna till tio olika astronomer och bad dem att klassificera dem alla som 'förvrängda', 'måttligt förvrängda' eller 'ej förvrängda'.
Eftersom deras provstorlek var ganska hanterbar, och förvrängningen i många av galaxerna skulle vara för subtil för en dator att känna igen, var den mönstersökande mänskliga hjärnan deras val av bildanalysverktyg. Detta kanske låter bekant – något liknande görs med enorm framgång med personer som är amatörgalaxklassificerare på Galaxy Zoo.
När en galax smälter samman med en annan galax, förvränger sammanslagningen dess form på sätt som är identifierbara – det kommer att förvränga en normalt slät elliptisk galax ur form, och om galaxen är en spiral verkar armarna vara lite 'upprullade'. Om det var så att galaktiska sammanslagningar är den mest sannolika orsaken till AGN, då skulle de galaxer med en aktiv kärna vara mer sannolikt att visa förvrängning från denna tidigare sammanslagning.
Teamet gick igenom denna process för att förblinda studien för att eliminera alla partiskheter som de som tittar på bilderna skulle ha mot att klassificera AGN som mer förvrängd. Genom att både ha en ganska stor provstorlek av galaxer och ta bort eventuella fördomar när de analyserade bilderna, hoppades de att definitivt visa om korrelationen mellan AGN och sammanslagningar existerar.
Resultatet? De galaxerna med en aktiv galaktisk kärna uppvisade inte mer distorsion på det hela taget än galaxerna i jämförelseprovet. Som författarna säger i tidningen, 'Sammanslagningar och interaktioner som involverar AGN-värdar är inte dominerande och förekommer inte oftare än för inaktiva galaxer.'
Detta betyder att astronomer inte kan peka på galaktiska sammanslagningar som huvudorsaken till AGN. Studien visade att minst 75 % av AGN-skapandet – åtminstone mellan de senaste 4-8 miljarder åren – måste komma från andra källor än galaktiska sammanslagningar. Sannolika kandidater för dessa källor inkluderar: 'galaktiska trakasserier', de galaxer som inte kolliderar, men som kommer tillräckligt nära för att gravitationsmässigt påverka varandra; instabiliteten hos den centrala stången i en galax; eller kollisionen av gigantiska molekylära moln i galaxen.
Att veta att AGN inte till stor del orsakas av galaktiska sammanslagningar kommer att hjälpa astronomer att bättre förstå bildandet och utvecklingen av galaxer. De aktiva kärnorna i galaxer som är värd för dem påverkar i hög grad galaktisk bildning. Denna process kallas 'AGN-feedback', och de mekanismer och effekter som är resultatet av samspelet mellan energin som strömmar ut ur AGN och det omgivande materialet i mitten av en galax är fortfarande ett hett ämne för studier inom astronomi.
Sammanslagningar under de mer avlägsna förflutna än 8 miljarder år kan ännu korrelera med AGN – den här studien utesluter bara en viss population av dessa galaxer – och det här är en fråga som teamet planerar att ta upp härnäst, i väntan på undersökningar av rymdteleskopet Hubble och rymdteleskopet James Webb. Deras studie kommer att publiceras i numret av den 10 januari av Astrophysical Journal, och en pre-print version är tillgänglig på Arxiv .
Källa: HST pressmeddelande , Max Planck-institutet för astronomi , Arxiv papper