Actieve zwarte gaten kunnen stervorming mede vormgeven

Een actief voedend superzwaar zwart gat is mogelijk niet alleen een rem op stervorming. In een onderzoek naar negen nabije Seyfertstelsels ontdekten astronomen een terugkerend ruimtelijk patroon van stervormende ringen of bogen, door de actieve kern verlichte gaskegels en snelle schokken bij het centrum. De structuren laten zien dat activiteit rond een zwart gat en de geboorte van sterren nauw met elkaar verweven kunnen zijn. 12

Het terugkerende patroon

In alle onderzochte stelsels trof het team stervormende ringen of bogen aan op geprojecteerde afstanden van ongeveer 0,8 tot 6 kiloparsec van het centrum. Daarnaast waren er kegelvormige — vaak dubbelkegelvormige — gebieden met gas dat door de actieve galactische kern (AGN) was geïoniseerd en zich over kiloparsecs uitstrekte. Dicht bij de kern domineerden snelle schokken. Rond die centrale schokgebieden lagen zones waarin uitsluitend schokken de gasemissie bepaalden; plaatselijk doken zulke zones ook in de stervormende ringen op. 2

Een AGN is het heldere centrale gebied van een sterrenstelsel, aangedreven door materie die naar een superzwaar zwart gat valt. Straling, winden of jets vanuit zo'n kern kunnen energie overdragen aan het omringende gas. De nieuwe kaarten maken duidelijk dat dit proces niet netjes losstaat van stervorming, maar zich afspeelt tussen gasstructuren waarin eveneens nieuwe sterren ontstaan. 12

Sterren, AGN-straling en schokken uit elkaar houden

Dat onderscheid is cruciaal. Gas dat wordt aangeslagen door jonge sterren, straling van een AGN of schokken kan in optische spectra vergelijkbare emissielijnen produceren. De onderzoekers gebruikten daarom ruimtelijk gedetailleerde waarnemingen van de Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) op ESO's Very Large Telescope. Met een theoretische driedimensionale diagnostische methode konden zij de drie energiebronnen van elkaar scheiden. 14

Zo konden zij per gebied in kaart brengen welk proces overheerste, in plaats van de centrale emissie van een sterrenstelsel als één gemengd signaal te behandelen. Diepe röntgenwaarnemingen met NASA's Chandra-observatorium boden onafhankelijke ondersteuning voor de duiding van de centrale structuren die met de AGN samenhangen. 12

Waarom de richting van de schokken ertoe doet

De snelle centrale schokken liepen vaak loodrecht op de ionisatie-dubbelkegels van de AGN. Die herhaalde geometrie is veelzeggend: zij past bij een fysieke wisselwerking tussen energie uit de AGN en het interstellaire gas, en minder bij een toevallige overlapping van niet-gerelateerde structuren in onze gezichtslijn. 2

Volgens de auteurs strookt het patroon in grote lijnen met interacties tussen jets en het interstellaire medium. Bij zwakkere jets kunnen ook wisselwerkingen tussen een wind en gas belangrijk zijn. In beide gevallen kunnen schokken gas verstoren én samendrukken — en daarmee de omstandigheden veranderen waaronder sterren ontstaan. 1

Geen eenvoudig verhaal van ‘uitzetten’ of ‘aanjagen’

De gebruikelijke versimpelde voorstelling van AGN-feedback is dat een actief zwart gat stervorming afremt: het verhit gas of blaast het uit het sterrenstelsel, zodat het niet meer kan instorten tot sterren. Dit onderzoek weerlegt dat mechanisme niet en toont ook niet aan dat AGN's doorgaans stervorming op gang brengen. De waargenomen ringen kunnen bijvoorbeeld ook ontstaan doordat gas zich ophoopt bij resonanties die worden aangedreven door een balk in het sterrenstelsel. 1

Wel wijst het onderzoek op een voorwaardelijker beeld. Gas kan het zwarte gat voeden; de AGN kan vervolgens het stelsel verlichten en uitstroom of schokken veroorzaken; die wisselwerkingen kunnen het omringende gas verplaatsen, samendrukken of ontregelen. Afhankelijk van de lokale omstandigheden kan stervorming daardoor worden onderdrukt, naast AGN-activiteit bestaan of mogelijk juist gunstiger omstandigheden krijgen. 12

De belangrijkste les is ook methodologisch: wie wil bepalen of een AGN stervorming afremt of bevordert, moet schokexcitatie onderscheiden van foto-ionisatie door zowel jonge sterren als de AGN. Zonder die scheiding is de invloed van het zwarte gat op zijn sterrenstelsel gemakkelijk verkeerd te interpreteren. 14