På 1920-talet studerade Edwin Hubble hundratals galaxer. Han fann att de tenderade att falla in i några få breda typer. Vissa innehöll eleganta spiraler av ljusa stjärnor, medan andra var sfäriska eller elliptiska med liten eller ingen inre struktur. 1926 utvecklade han ett klassificeringsschema för galaxer, nu känt som Hubbles stämgaffel.
Hubbles stämgaffeldiagram för galaxer. Kredit: Edwin Hubble
När du tittar på Hubbles schema antyder det en utveckling av galaxer, som börjar som en elliptisk galax, för att sedan plattas ut och övergå till en spiralgalax. Medan många såg detta som en rimlig modell, varnade Hubble för att dra slutsatser. Vi vet nu att elliptiska sträckor inte utvecklas till spiraler, och galaxernas utveckling är komplex. Men Hubbles plan markerar början på försöket att förstå hur galaxer växer, lever och dör.
En av de saker astronomer har lärt sig sedan Hubble är att galaktisk evolution handlar mindre om form och mer om produktion av stjärnor. Galaxer som håller på att skapa stjärnor har områden med klarblå stjärnor. Eftersom stora blå stjärnor inte lever länge i kosmisk skala, indikerar deras närvaro nyligen stjärnbildning. Galaxer mot slutet av sina liv är fyllda med dunkla, röda stjärnor. Röda dvärgstjärnor har den längsta livslängden, så de är allt som finns kvar när en galax blir inaktiv. Mellan dessa två epoker finns en övergångsperiod, känd som den gröna eran.
Olika galaxtyper i blått, grönt och rött. Kredit: Galaxy Zoo
Eftersom elliptiska, spiraler och oregelbundna galaxer alla kan vara i en blå, grön eller röd era, är det tydligt att den galaktiska strukturen inte driver stjärnproduktionen. Istället verkar den primära drivkraften vara svarta hål. De flesta galaxer innehåller ett supermassivt svart hål i sina centra. Dessa svarta hål gör att gas och damm samlas runt det galaktiska centrumet, vilket kan utlösa bildandet av nya stjärnor. Men när supermassiva svarta hål förbrukar närliggande materia och går in i en aktiv period, kan de driva ut gas och damm från galaxen, vilket släcker stjärnproduktionen.
En ny studie tittar på detta samspel mellan svarta hål och stjärnproduktion och presenterar en intressant teori om hur och varför galaxer dör. Studien använde data från Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS), som är största undersökning av galaxer som någonsin gjorts. Forskargruppen fann att mer diffusa galaxer som Vintergatan har längre perioder av stjärnproduktion än mer kompakta galaxer. Detta gäller även när två galaxer har samma totala massa.
Även om detta är vettigt, var det överraskande fyndet att detta förhållande korrelerar med densiteten i en galaxs centrala region. Mer diffusa galaxer tar längre tid för deras centrala region att nå en kritisk densitet, och det är vid denna kritiska täthet som stjärnproduktionen avtar. Eftersom en galaxs centrala densitet är ett bra mått på storleken på dess supermassiva svarta hål, stöder detta fynd 'återkopplingsmodellen' för galaktisk evolution.
Diagram som visar en ny teori för galaktisk evolution. Kredit: Sandra Faber/Sofia Quiros/SDSS
Enligt denna teori drivs den galaktiska evolutionen av det centrala svarta hålet. När det svarta hålet bildas bildas en tät central region med det. Men när det svarta hålet växer sig större värmer det upp det centrala området till en punkt där gas och damm trycks bort, vilket tar bort galaxen från det material som behövs för att skapa nya stjärnor. I små, täta galaxer sker denna övergång snabbt, medan den sker långsammare i stora, diffusa galaxer.
Även om det finns mer forskning att göra, verkar denna feedbackloop vara den mest troliga. Så det verkar som att även om supermassiva svarta hål föder galaxer fyllda med stjärnor, driver de också galaxer till sin dunkla och röda undergång.
Referens:Chen, Zhu, et al.' Släckning som en tävling mellan Galaxy Halos och deras centrala svarta hål .'The Astrophysical Journal897,1 (2020): 102.