Supernova-explosioner och jetstrålarna i ett monströst svart hål sprider en galaxs stjärngjorda gas och driver en dramatisk omvandling från spiralgalaktisk ungdom till äldre elliptiska, enligt en ny studie av en nyligen sammanslagna galax. Kall gas, bränslet från vilket nya stjärnor bildas, är avgörande för en galaxs ungdom och kraft. Men supernovaexplosioner kan starta nedgången i stjärnbildningen, och sedan kan chockvågor från det supermassiva svarta hålet avsluta jobbet och förvandla spiralgalaxier till "röda och döda" elliptiska ämnen.
Astronomer tror att de har identifierat en nyligen sammanslagd galax, NGC 3801, där denna gasförlust just har börjat. Med hjälp av ultravioletta observationer från NASA: s Galaxy Evolution Explorer (GALEX) och en mängd andra instrument fyller de nya resultaten ett viktigt gap i den nuvarande förståelsen av galaktisk utveckling.
"Vi har fångat en galax i syfte att förstöra dess gasformiga bränsle för nya stjärnor och marschera mot att vara en röd-och-död typ av galax," sade Ananda Hota, huvudförfattare till ett nytt papper i de månatliga meddelandena om Royal Astronomical Samhälle. "Vi har hittat en avgörande saknad för att ansluta och lösa pusslet i denna fas av galaxutvecklingen."
Det har länge varit känt att gasrika spiralgalaxer som vår Vintergatan krossar ihop för att skapa elliptiska galaxer som den som observerades i studien. Dessa stora, runda galaxer har mycket liten stjärnbildning.
De supermassiva svarta hålen som finns i centrum av galaxerna kan blossa upp när de är uppslukade av gas under galaktiska sammanslagningar. När ett gigantiskt svart hål matas, skjuter kolossala materialstrålar ut ur den, vilket ger upphov till vad som kallas en aktiv galaktisk kärna. Enligt teorin värms upp chockvågor från dessa jetstrålar och sprider behållarna med kall gas i elliptiska galaxer, vilket förhindrar att nya stjärnor tar form.
NGC 3801 visar tecken på en sådan process. Denna galax är unik i att bevis på en tidigare sammanslagning tydligt syns, och chockvågorna från det centrala svarta hålets jetflygplan har börjat spridas ut nyligen. Forskarna använde Galaxy Evolution Explorer för att bestämma åldern på galaxens stjärnor och dechiffrera dess evolutionära historia. De ultravioletta iakttagelserna visar att NGC 3801: s stjärnbildning har peter upp under de senaste 100 till 500 miljoner åren, vilket visar att galaxen verkligen har börjat lämna efter sina ungdomliga år. Bristen på många stora, nya, blå stjärnor gör att NGC 3801 ser gulaktig och rödaktig i synligt ljus och därmed medelålders.
Vad får galaxen att åldras och få färre stjärnor? De kortlivade blå stjärnorna som bildades direkt efter att den slogs samman med en annan galax har redan sprängt som supernovaer. Data från NASA: s Hubble Space Telescope avslöjade att dessa stjärnexplosioner har utlöst ett snabbt utflöde av uppvärmd gas från NGC 3801: s centrala regioner. Detta utflöde har börjat förvisa reserverna av kall gas och därmed skära till NGC 3801: s övergripande stjärnframställning.
Vissa stjärnbildningar sker fortfarande i NGC 3801, vilket visas i ultravioletta våglängder som observerats av Galaxy Evolution Explorer och i infraröda våglängder som detekteras av NASA: s Spitzer Space Telescope. Men den sista ungdomsklänningen kommer snart att släckas av kolossala chockvågor från det svarta hålets jetstråle, sett i röntgenljus av NASA: s Chandra röntgenobservatorium. Dessa sprängvågor rusar utåt från det galaktiska centrumet med en hastighet av nästan två miljoner miles per timme (nästan 900 kilometer per sekund). Vågorna kommer att nå de yttre delarna av NGC 3801 på cirka 10 miljoner år och sprider eventuell kvarvarande sval vätgas och gör galaxen verkligen röd och död.
Astronomer tror att övergången som fångats tidigt i fallet med NGC 3801 - från sammanslagningen av gasrika galaxer till uppkomsten av en gammal elliptisk utseende - sker mycket snabbt på kosmiska tidsskalor.
”Släckningen av stjärnbildningen genom feedback från den aktiva galaktiska kärnan inträffar troligen på bara en miljard år. Det är inte så länge jämfört med 10-miljarder års ålder för en typisk stor galax, ”sa Hota. "Den explosiva chockvåghändelsen orsakad av det centrala svarta hålet är så kraftfullt att det dramatiskt kan förändra den framtida utvecklingen av en hel galax."
Ytterligare observationer för studien i optiskt ljus kommer från Sloan Digital Sky Survey och i radio med hjälp av Very Large Array i New Mexico.
Hota är en astronom i Pune, Indien, genomförde studien som forskarstuderande vid Institute of Astronomy & Astrophysics vid Academia Sinica i Taipei, Taiwan.