De grote zwarte gaten die zich in het centrum van sterrenstelsels bevinden, kunnen hongerige beesten zijn. Maar wat dwingt dat gas en stof de laatste paar lichtjaren in de muil van deze superzware zwarte gaten?
Er is een theorie dat fusies tussen sterrenstelsels het gas en stof in een melkwegstelsel verstoren en de materie in de directe omgeving van het zwarte gat dwingen. Dat wil zeggen, tot een recente studie van 140 sterrenstelsels die Active Galactic Nuclei (AGN) herbergen - een andere naam voor actieve zwarte gaten in het centrum van sterrenstelsels - sterk bewijs leverde dat veel van de sterrenstelsels die deze AGN bevatten geen tekenen van fusies uit het verleden vertonen.
De studie is uitgevoerd door een internationaal team van astronomen. Mauricio Cisternas van het Max Planck Instituut voor Astronomie en zijn team gebruikten gegevens van 140 sterrenstelsels die door het XMM-Newton X-ray observatorium werden afgebeeld. De sterrenstelsels die ze bemonsterden hadden een roodverschuiving tussen z = 0,3 - 1, wat betekent dat ze tussen ongeveer 4 en 8 miljard lichtjaar verwijderd zijn (en dus is het licht dat we van hen zien ongeveer 4-8 miljard jaar oud).
Ze keken echter niet alleen naar de afbeeldingen van de melkwegstelsels in kwestie; een vooroordeel om die sterrenstelsels te classificeren die laten zien dat actieve kernen meer verstoord zijn door fusies, zou kunnen binnensluipen. In plaats daarvan creëerden ze een "controlegroep" van sterrenstelsels, waarbij ze afbeeldingen gebruikten van inactieve sterrenstelsels uit dezelfde roodverschuiving als de gaststelsels van de AGN. Ze namen de beelden van de Cosmic Evolution Survey (COSMOS), een overzicht van een groot deel van de hemel in meerdere golflengten van licht. Omdat deze sterrenstelsels van dezelfde roodverschuiving waren als degene die ze wilden bestuderen, laten ze hetzelfde stadium in de galactische evolutie zien. In totaal hadden ze 1264 sterrenstelsels in hun vergelijkingsmonster.
De manier waarop ze de studie ontwierpen, betrof een wetenschappelijke stelling die normaal niet wordt gebruikt op het gebied van astronomie: de blinde studie. Cisternas en zijn team hadden 9 vergelijkingsstelsels - die geen AGN bevatten - van dezelfde roodverschuiving voor elk van hun 140 sterrenstelsels die tekenen vertoonden van een actieve kern.
Wat ze vervolgens deden, was elk teken van de heldere actieve kern in de afbeelding verwijderen. Dit betekent dat de sterrenstelsels in hun steekproef van 140 sterrenstelsels met AGN in wezen dat zouden doen verschijnen zelfs een geoefend oog als sterrenstelsel zonder de veelbetekenende tekenen van een AGN. Vervolgens stuurden ze de controlestelsels en de gewijzigde AGN-afbeeldingen naar tien verschillende astronomen en vroegen hen om ze allemaal te classificeren als 'vervormd', 'matig vervormd' of 'niet vervormd'.
Omdat hun steekproefomvang redelijk beheersbaar was en de vervorming in veel van de sterrenstelsels te subtiel zou zijn voor een computer om te herkennen, was het patroonzoekende menselijke brein hun favoriete beeldanalysetool. Dit klinkt misschien bekend - iets soortgelijks wordt met enorm succes gedaan met mensen die amateur-sterrenstelsels zijn bij Galaxy Zoo.
Wanneer een sterrenstelsel opgaat in een ander sterrenstelsel, vervormt de fusie zijn vorm op identificeerbare manieren - het zal een normaal glad elliptisch sterrenstelsel vervormen en als het sterrenstelsel een spiraal is, lijken de armen een beetje "afgewikkeld". Als het zo zou zijn dat galactische fusies de meest waarschijnlijke oorzaak zijn van AGN, dan zouden die sterrenstelsels met een actieve kern waarschijnlijker vertekening vertonen van deze eerdere fusie.
Het team heeft dit proces van verblindend onderzoek doorlopen om alle vooringenomenheid weg te nemen die degenen die naar de afbeeldingen kijken zou hebben om AGN als meer verstoord te classificeren. Door zowel een redelijk grote steekproefomvang van sterrenstelsels te hebben als eventuele vooringenomenheid bij het analyseren van de beelden te verwijderen, hoopten ze definitief te laten zien of de correlatie tussen AGN en fusies bestaat.
Het resultaat? Die sterrenstelsels met een actieve galactische kern vertoonden over het geheel genomen geen meer vervorming dan die sterrenstelsels in het vergelijkingsmonster. Zoals de auteurs in het artikel stellen: "Fusies en interacties waarbij AGN-hosts betrokken zijn, zijn niet dominant en komen niet vaker voor dan bij inactieve sterrenstelsels."
Dit betekent dat astronomen niet kunnen wijzen op galactische fusies als de belangrijkste reden voor AGN. De studie toonde aan dat ten minste 75% van de creatie van AGN - ten minste tussen de laatste 4-8 miljard jaar - afkomstig moet zijn van andere bronnen dan galactische fusies. Kansrijke kandidaten voor deze bronnen zijn onder meer: "galactische intimidatie", die sterrenstelsels die niet met elkaar in botsing komen, maar dichtbij genoeg komen om elkaar door zwaartekracht te beïnvloeden; de instabiliteit van de centrale balk in een sterrenstelsel; of de botsing van gigantische moleculaire wolken binnen de melkweg.
De wetenschap dat AGN grotendeels niet wordt veroorzaakt door galactische fusies, zal astronomen helpen de vorming en evolutie van sterrenstelsels beter te begrijpen. De actieve kernen in sterrenstelsels waarin ze zich bevinden, hebben een grote invloed op de galactische vorming. Dit proces wordt ‘AGN-feedback’ genoemd en de mechanismen en effecten die het gevolg zijn van het samenspel tussen de energie die uit de AGN stroomt en het omringende materiaal in het centrum van een melkwegstelsel, is nog steeds een veelbesproken onderwerp in de astronomie.
Fusies in het verre verleden van meer dan 8 miljard jaar zouden nog kunnen correleren met AGN - deze studie sluit slechts een bepaalde populatie van deze sterrenstelsels uit - en dit is een vraag die het team van plan is te gaan beantwoorden, in afwachting van onderzoeken door de Hubble-ruimtetelescoop en de James Webb Space Telescope. Hun studie zal worden gepubliceerd in het nummer van 10 januari van het Astrophysical Journal, en een voorgedrukte versie is beschikbaar op Arxiv.
Bron: HST-persbericht, Max Planck Institute for Astronomy, Arxiv paper
