Ein Student der University of Massachusetts Amherst (UMA) führte eine Studie über das Wachstum von Sternen und
Wie wachsen Galaxien?
Astronomen wissen, dass die Entwicklung von Galaxienwird durch zwei Prozesse verursacht: das Wachstum supermassereicher Schwarzer Löcher in der Mitte jedes von ihnen und die Bildung neuer Sterne. Doch wie diese Prozesse miteinander verbunden sind, bleibt ein Rätsel und ist eine der Fragen, die das neu gestartete James Webb-Weltraumteleskop untersuchen wird. Die Arbeit von Meredith Stone, die im Mai 2022 das Astronomieprogramm der UMass Amherst abschließen wird, wird Wissenschaftlern helfen, ihre Zusammenhänge besser zu verstehen.
„Wir wissen, dass Galaxien wachsen,kollidieren und verändern sich im Laufe ihres Lebens“, sagt Stone, der die Studie unter der Leitung von Alexandra Pope, einer UMA-Professorin für Astronomie und leitende Autorin eines neuen Artikels, der kürzlich im Astrophysical Journal veröffentlicht wurde, abgeschlossen hat. „Und wir wissen, dass das Wachstum von Schwarzen Löchern und die Sternentstehung eine entscheidende Rolle spielen. Es ist allgemein bekannt, dass diese beiden Faktoren miteinander zusammenhängen und sich gegenseitig beeinflussen. Aber bis jetzt war es schwierig, genau zu verstehen, wie.“
Was ist das Problem?
Einer der Gründe, warum es schwierig ist zu studierenDie Wechselwirkung zwischen Schwarzen Löchern und Sternen führt dazu, dass es für Astronomen schwierig ist, diese Wechselwirkungen wirklich zu beobachten. Das Problem ist, dass alle wichtigen Prozesse hinter riesigen Wolken aus kosmischem Staub verborgen sind. So können in Galaxien, die aktiv Sterne bilden, mehr als 90 % des sichtbaren Lichts von ihnen absorbiert werden.
Galaxie NGC 1614. Foto: NASA
Es gibt jedoch einen Workaround:Wenn Staub sichtbares Licht absorbiert, erwärmt er sich. Und obwohl das bloße menschliche Auge keine Wärme sehen kann, können Infrarot-Teleskope dies tun. Als Teil der neuen Studie verwendeten Wissenschaftler das Spitzer-Weltraumteleskop, das während der Kampagne „Great Observatories All-sky LIRG Survey“ (GOALS) gesammelt wurde. Ziel ist es, die mittleren Infrarotwellenlängen einiger der hellsten Galaxien zu untersuchen, die relativ nahe an der Erde liegen. Insbesondere haben Astronomen nach besonderen verräterischen Zeichen gesucht, die die Fingerabdrücke von Schwarzen Löchern und Sternen in der Entstehungsphase sind.
Es gibt eine Lösung
Das Problem ist, dass diese Spuren sehr schwach sind,und sie sind vom allgemeinen Rauschen des Infrarotspektrums kaum zu unterscheiden. Im Rahmen einer neuen Studie hat Meredith Stone die Messungen dieser Indikatoren genauer kalibriert.
Sobald Astronomen klarere Daten erhieltenDurch ihre Beobachtungen sahen sie, dass das Wachstum von Schwarzen Löchern und die Sternentstehung tatsächlich gleichzeitig in denselben Galaxien stattfinden und sich offenbar gegenseitig beeinflussen.
Wissenschaftler haben sogar das Verhältnis berechnetbeschreibt, wie diese beiden Phänomene zusammenhängen. So haben Astronomen helle Emissionslinien [Ne ii] und [Ne iii] entdeckt, die für die Sternentstehung „verantwortlich“ sind, sowie schwächere Emissionslinien [Ne v] und [O iv] aus aktiven Kernen von Galaxien (AGN) im gesamten Spektrum. Es stellte sich heraus, dass die Leuchtkraft von Ne ii in allen Zellen der AGN-Fraktion ziemlich konstant ist, während die Leuchtkraft von [O]iv und [Nev] um mehr als eine Größenordnung zunimmt.
Die Forscher fanden auch heraus, dass die VerwendungLeuchtkraft [O iv] ohne Korrektur für die Sternentstehung kann zu einer bis zu 30-fachen Überschätzung der Akkretionsrate von Schwarzen Löchern (BHAR, black hole accretion rates) in leuchtstarken Infrarotgalaxien (LIRG, Luminous Infrared Galaxies) mit einer Dominanz stellarer Flares führen . Je nach Anteil der AGNs im mittleren Infrarotbereich von LIRG-Galaxien steigt das Verhältnis der BHAR-Rate zur Sternentstehung um mehr als drei Größenordnungen.
Warum ist das wichtig?
Das ist nicht nur eine spannende WissenschaftLeistung. Die Ergebnisse der neuen Studie werden dazu beitragen, das JWST mit seinem beispiellosen Zugang zu Licht im mittleren Infrarotbereich zu nutzen, um die Galaxienbildung genauer zu untersuchen. Denn obwohl Wissenschaftler berechnet haben, wie Schwarze Löcher und Sterne in einer Galaxie miteinander verbunden sind, bleibt ein Rätsel, warum dies geschieht.
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