Aktiva svarta hål kan påverka stjärnbildningen

Ett aktivt växande supermassivt svart hål behöver inte enbart bromsa stjärnbildning i sin galax. I en studie av nio närbelägna Seyfertgalaxer fann forskare ett återkommande rumsligt mönster: ringar eller bågar där stjärnor bildas, konformade områden med gas som joniserats av den aktiva galaxkärnan och snabba chocker nära centrum. Tillsammans visar strukturerna att svart håls-aktivitet och stjärnfödelse kan vara nära sammanflätade. 12

Det här såg forskarna

I samtliga nio galaxer rapporterade teamet stjärnbildande ringar eller bågar på projicerade avstånd av ungefär 0,8–6 kiloparsec från galaxcentrum. De såg också kiloparsecstora, konformade – ofta dubbelkonformade – områden med gas som fotojoniserats av den aktiva galaxkärnan, AGN, samt centrala regioner där snabba chocker dominerade. Områden med nästan enbart chockexciterad gas omgav de centrala chockerna och förekom lokalt även i vissa av de stjärnbildande ringarna. 2

En AGN är den ljusstarka centrala region som uppstår när materia faller in mot ett supermassivt svart hål. Strålning, vindar eller jetstrålar från den kan föra över energi till gasen runt omkring. De nya kartorna tyder på att processen inte är rumsligt skild från stjärnbildningen, utan sker mitt bland gasstrukturer där nya stjärnor också föds. 12

Så skildes stjärnor, AGN och chocker åt

En svårighet är att gas som exciteras av unga stjärnor, AGN-strålning och chocker kan ge överlappande signaler i optiska emissionslinjer. För att skilja processerna åt analyserade forskarna rumsupplösta observationer från Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) vid ESO:s Very Large Telescope. Därefter använde de ett teoretiskt tredimensionellt diagnostiskt diagram, utformat för att särskilja de tre excitationskällorna. 14

Metoden gjorde det möjligt att kartlägga var varje process dominerade, i stället för att behandla emissionen från galaxens centrum som en enda blandad signal. Djupa röntgenobservationer med Chandra gav dessutom oberoende stöd för tolkningen av de centrala AGN-relaterade strukturerna. 12

Därför är chockernas riktning viktig

De centrala områdena med snabba chocker sträckte sig ofta vinkelrätt mot AGN:s jonisationsbikoner. Den återkommande geometrin är viktig eftersom den stämmer med en fysisk växelverkan mellan energi som drivs ut från AGN och galaxens interstellära gas – snarare än en tillfällig överlappning av orelaterade strukturer längs vår siktlinje. 2

Författarna bedömer att mönstret i stora drag är förenligt med interaktioner mellan jetstrålar och interstellär gas. Där jetstrålarna är svaga kan även växelverkan mellan vindar och gas spela en viktig roll. Chocker kan både störa och komprimera gas, och därmed förändra villkoren för stjärnbildning. 1

En mer nyanserad bild av AGN-återkoppling

En förenklad bild av AGN-återkoppling är att ett aktivt svart hål dämpar stjärnbildningen genom att värma upp gas eller driva ut den ur galaxen. Studien kullkastar inte den mekanismen och visar inte heller att AGN generellt sätter i gång stjärnbildning. Forskarna påpekar att de observerade ringarna också kan förklaras av att gas samlas vid resonanser som drivs av galaxernas stavstrukturer. 1

I stället pekar resultaten mot en mer situationsberoende bild. Gas kan mata det svarta hålet; AGN kan sedan lysa upp galaxen och driva utflöden eller chocker; och dessa kan omfördela, komprimera eller störa den omgivande gasen. Beroende på de lokala förhållandena kan följden bli mindre stjärnbildning, samtidig stjärnbildning – eller möjligen gynnsammare förutsättningar för den. 12

Den viktigaste lärdomen är både metodisk och fysisk: för att avgöra om en AGN bromsar eller gynnar stjärnbildning måste chockexcitation skiljas från både stjärnors och AGN:s fotojonisering. Utan den uppdelningen riskerar det svarta hålets återkoppling att tolkas fel. 14