De stora svarta hålen som finns i centrum av galaxerna kan vara hungriga djur. Men vad tvingar den gasen och dammet de senaste ljusåren in i dessa supermassiva svarta hål?
Det har teoretiserats att sammanslagningar mellan galaxer stör gasen och dammet i en galax och tvingar saken in i det omedelbara kvarteret av det svarta hålet. 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 centrum av galaxerna - gav starka bevis på 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-Newton röntgenobservatorium. Galaxerna som de provade hade en röd förskjutning mellan z = 0,3 - 1, vilket betyder att de är mellan cirka 4 och 8 miljarder ljusår bort (och således är ljuset vi ser från dem ungefär 4-8 miljarder år gammalt).
De tittade dock inte bara på bilderna i galaxerna i fråga. en förspänning mot att klassificera de galaxer som visar att aktiva kärnor är mer förvrängda från sammanslagningar kan krypa in. Snarare skapade de en "kontrollgrupp" av galaxer, med bilder av inaktiva galaxer från samma rödförskjutning som AGN-värdgalaxerna. De tog bilderna från Cosmic Evolution Survey (COSMOS), en undersökning av en stor himmelregion i flera ljusvåglängder. Eftersom dessa galaxer var från samma rödförskjutning som de de ville studera, visar de samma steg i galaktisk evolution. Sammantaget hade de 1264 galaxer i sitt jämförelseprov.
Hur de utformade studien innebar en grundvetenskap som normalt inte används inom astronomifältet: den blinda studien. Cisternas och hans team hade nio jämförelsegalaxer - som inte innehöll AGN - av samma rödförskjutning för var och en av deras 140 galaxer som visade tecken på att ha en aktiv kärna.
Vad de gjorde nästa var att ta bort alla tecken på den ljusa aktiva kärnan i bilden. Detta innebär att galaxerna i deras prov på 140 galaxer med AGN i huvudsak skulle dyka upp till och med ett tränat öga som en galax utan de tydliga tecknen på en AGN. De överlämnade sedan kontrollgalaxerna och de förändrade AGN-bilderna till tio olika astronomer och bad dem klassificera dem alla som ”förvrängda”, ”måttligt förvrängda” eller ”inte förvrängda”.
Eftersom deras provstorlek var ganska hanterbar, och snedvridningen i många av galaxerna skulle vara för subtil för att en dator skulle kunna känna igen, var den mönster-sökande mänskliga hjärnan deras val av bildanalysverktyg. Detta kan låta bekant - något liknande görs med enorm framgång med människor som är amatör galaxklassificerare på Galaxy Zoo.
När en galax smälter samman med en annan galax, snedvrider fusionen sin form på sätt som är identifierbara - den kommer att vrida en normalt jämn elliptisk galax ur form, och om galaxen är en spiral verkar armarna vara lite "lindade". Om det vore så att galaktiska sammanslagningar är den mest troliga orsaken till AGN, skulle de galaxer med en aktiv kärna vara mer troliga att visa snedvridning från denna tidigare sammanslagning.
Teamet gick igenom denna process för att förblinda studien för att eliminera alla fördomar som de som tittar på bilderna skulle ha för att klassificera AGN som mer snedvriden. Genom att båda ha en relativt stor provstorlek av galaxer och ta bort eventuella förspänningar vid analys av bilderna hoppades de definitivt visa om sambandet mellan AGN och sammanslagningar finns.
Resultatet? De galaxer med en aktiv galaktisk kärna visade inte mer snedvridning i stort än de galaxer i jämförelseprovet. Som författarna konstaterar i uppsatsen, "sammanslagningar och interaktioner som involverar AGN-värdar är inte dominerande och förekommer inte oftare än för inaktiva galaxer."
Detta innebär 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: "galaktisk trakasserier", de galaxer som inte kolliderar, men kommer tillräckligt nära för att gravitationellt påverka varandra; instabiliteten i centralstången i en galax; eller kollisionen av jätte molekylära moln i galaxen.
Att veta att AGN inte till stor del orsakas av galaktiska sammanslagningar hjälper astronomer att bättre förstå galaxernas bildning och utveckling. De aktiva kärnorna i galaxer som är värd för dem påverkar starkt galaktisk bildning. Denna process kallas 'AGN-feedback', och mekanismerna och effekterna som är resultatet av samspelet mellan energin som strömmar ut från AGN och det omgivande materialet i mitten av en galax är fortfarande ett hett ämne i astronomi.
Fusioner under de mer avlägsna förflutna än 8 miljarder åren kan ännu korrelera med AGN - denna studie utesluter bara en viss population av dessa galaxer - och det är en fråga som teamet planerar att vidta nästa, i väntande undersökningar av Hubble Space Telescope och James Webb rymdteleskopet. Deras studie kommer att publiceras i 10 januari-numret av Astrophysical Journal, och en förtrycksversion är tillgänglig på Arxiv.
Källa: HST-nyhetsmeddelande, Max Planck Institute for Astronomy, Arxiv-papper
