Det äldsta ljus vi kan se i universum

 

Bild  https://today.ucsd.edu CMB är en ögonblicksbild av det äldsta ljuset i vårt universum där vi kan se skillnader  av universum i ljus när universum  var 380 000 år gammalt. Tidigare var universum ogenomskinligt då enbart vätgas fanns och temperatur var likartad.  Bilden visar små temperaturfluktuationer som motsvarar områden med något olika densiteter och representerar fröna till framtida stjärnor och galaxer. (cr: Europeiska rymdorganisationen / Plancksamarbetet)

Cirka 380 000 år efter Big Bang gjorde spridningen av strålning från fria elektroner en liten mängd linjär polarisation av ljus vid tiden då universum blev genomskinligt. Processen är delvis analog med den polarisation som uppstår när solljus sprids i jordens atmosfär.

Forskare har funnit antydningar om att denna polarisation kan ha roterat något under sin resa över kosmos. Om det bekräftas kan detta fenomen, känt som kosmisk dubbelbrytning ge bevis för fysik bortom Standardmodellen och potentiellt ge ledtrådar om mörk materians och mörk energi.

Även ett minimalt fel i orienteringen av ett teleskops polarisationsdetektorer kan ge nästan exakt samma effekt. Forskare vid UC San Diego utvecklade en metod för att testa kalibreringen av relativ polarisationsvinkel för olika detektoruppsättningar. Teamet utvecklade en annan skattare och tillämpade den på befintliga observationer från Europeiska rymdorganisationens Planck-satellit. Nya analyser har antytt att CMB-polarisationen kan ha roterat endast en bråkdel av en grad under de nästan 14 miljarder år som ljuset har färdats.

Problemet är att samma rotation kan uppstå om de polarisationskänsliga detektorerna i ett teleskop är felkalibrerade med en liknande liten vinkel. Enbart utifrån CMB-signalen kan forskare inte skilja mellan en enhetlig kosmisk rotation och ett vanligt fel i detektorns orientering eftersom båda ger exakt samma observerade effekt. "Signalen vi letar efter är otroligt liten, så vi måste vara säkra på att vi ser universum och inte vårt instrument," beskriver Lonappan (vilken ledde studien se nedan). "Vår metod ger oss ett kompletterande sätt att kontrollera den skillnaden. Innan vi tolkar en liten rotation som ny fysik vill vi veta att kalibreringen i sig kan litas på."

Teamet tillämpade metoden på åtta Planck-polarisationskartor och jämförde det resulterande kalibreringsmönstret med det som erhållits från den etablerade analysen som för närvarande används för att separera instrumentell rotation från kosmisk dubbelbrytning känd som Minami–Komatsu-analysen. De två metoderna visade sig vara konsekventa, trots att de bygger på olika antaganden. 

Den nya tekniken är avsiktligt okänslig för någon rotation som är gemensam för alla kartor. Som ett resultat kan den avgöra hur väl olika detektoruppsättningar är kalibrerade i förhållande till varandra. Men den kan inte på egen hand fastställa den totala polarisationsvinkeln eller den absoluta kosmiska dubbelbrytningssignalen. Det kräver fortfarande en oberoende absolut kalibreringsreferens. Det finns två typer av CMB-polarisation: E-lägen och B-mod. E-moder, som först upptäcktes 2002, skapas av täthetsskiften i universum och har symmetriska mönster. B-lägen, å andra sidan har lockliknande mönster. 

Gravitationslinsning förvrängningen av CMB-ljus av materia mellan oss och det tidiga universum  producerar B-lägen som redan har observerats medan primordiala gravitationsvågor kan ge en ytterligare B-modesignal som ännu inte har upptäckts. "Upptäckten av primordiala B-lägen skulle förändra vår förståelse av det tidiga universum, så mätningen måste klara rigorösa kalibreringskontroller," beskriver Professor of Physics Brian Keating and Associate Professor of Physics Kam Arnold,. "Anto har utvecklat ett användbart nytt ramverk för att testa kalibrering av relativ polarisationsvinkel. Det handlar i slutändan om att veta när vi kan lita på en mätning."

Studien, ledd av postdoktoral forskare Anto I. Lonappan, Chancellor's Distinguished Professor i fysik Brian Keating och docent i fysik Kam Arnold, publiceras i Astrophysical Journal Letters. 

Nya viktiga mätningar av det tidiga universum

 

Bild NASA Forskarteamet fokuserade på 15 av de mest opåverkade  små, avlägsna galaxer som upptäckts för dessa artiklar (se nedan).

Ett internationellt team, inklusive forskare vid University of Minnesota Twin Cities, har nått en viktig milstolpe inom "precisionskosmologi" genom att mäta mängden helium som skapades under universums första fem minuter med en aldrig tidigare skådad noggrannhet.

Serien av fem artiklar publicerade i The Astrophysical Journal beskriver hur teamet kunde utnyttja 130 timmars observationstid på Large Binocular Telescope i Arizona för att minska osäkerheten kring detta fundamentala kosmiska värde till bara 0,5 %  tre gånger bättre än tidigare standarder. 

Studiens resultat ger nya ledtrådar om universums början och hjälper forskare att bättre förstå fysikens grunder. Experimentet  följer traditionen att testa standardmodellen inom fysiken, vilket historiskt många gånger har resulterat till teknologiska genombrott.

"Detta är ett fysikexperiment i stor skala gav en av de största upptäckterna i hela min 40-åriga karriär," beskriver Evan Skillman, University of Minnesota College of Science and Engineering Distinguished Professor vid School of Physics and Astronomy. "Det är ett grundläggande tal som berättar specifikt om universums tillstånd under dess första fem minuter. Den har diagnostisk kraft som talar direkt till Standardmodellen för fysik."

Big Bang-teorin visar hur universum expanderade från ett extremt högdensitets- och högtemperaturtillstånd för ungefär 13,8 miljarder år sedan. Teorin vilar på tre pelare: universums expansion, den kosmiska bakgrundsstrålning i form av mikrovågor och mängden lätta grundämnen som helium och deuterium. Den sista pelaren helium och deuterium  har inte studerats och mätts lika ingående som de två föregående pelarna.

För att nå denna precision gick teamet bort från traditionella extrapoleringsmetoder att uppskatta ett okänt värde genom att förlänga en trendlinje med kända data vilket kräver mätning av många galaxer och uppskattning av den initiala heliumnivån. Istället fokuserade de på 15 av de mest "orörda" små, avlägsna galaxer som någonsin upptäckts. Dessa galaxer är kemiskt outvecklade och fungerar som "tidskapslar", bevarade nästan exakt som de var strax efter Big Bang.

Med hjälp av avancerade spektrografer byggda vid Ohio State University analyserade forskarna mer än 10 heliumlinjer och 15 vätelinjer samtidigt. Detta gjorde att de kunde ta hänsyn till små systematiska effekter som tidigare ansågs försumbar men som blir avgörande när man siktar på noggrannhet under procent.

"MODS-spektrograferna tog 12 år att bygga från koncept till att analysera det första ljuset på himlen," beskriver Richard Pogge, professor i astronomi vid College of Arts and Sciences vid Ohio State University. "Det här är den typ av projekt vi designade dem för och att nu få leverera med dem är oerhört tillfredsställande. Det är inte varje dag man kan hjälpa till att bygga instrument som mäter något grundläggande om universum."

Den exakta mätningen bekräftar inte bara historien utan ger också en exakt bild av Standardmodellen för fysik. Genom att bestämma den exakta mängden helium kunde teamet beräkna antalet neutrinofamiljer de lättaste subatomära partiklarna som fanns i det tidiga universum.

"Vi lovade en halv procents osäkerhet i vårt förslag, och det kom vi igenom," tillade Skillman. "I vetenskapens oförutsägbara värld händer det inte särskilt ofta."

Förutom University of Minnesota Twin Cities och Ohio State University inkluderade teamet forskare från Gonzaga University, Northwestern University, University of Texas at Austin, Indiana University, University of California Santa Cruz, University of Illinois, Universidad Nacional Autónoma de México och TRIUMF.

Den yngsta planet som hittats.

 

Bild NASA Konstnärs koncept föreställande Elias 2-24 b, den yngsta exoplanet som upptäckts hittills och fortfarande växer i storlek  i den proplanetära skivan av damm och gas som omger den unga solen. Material från skivan bygger genom gravitation aktivt upp planeten som nu har massa som Jupiter och bildas i ett gap i skivan vilket stöder den ledande teorin om jätteplanetbildning. W. M. Keck-observatoriet/Adam Makarenko.

Astronomer har bekräftat en värld som är mindre än en miljon år gammal som den yngsta kända planeten, med hjälp av data från NASA-finansierade arkiv. Kallad Elias 2-24 b, den lilla planeten snurrar fortfarande i sin födelseskiva av damm och gas. Planeten finns 450 ljusår bort i riktning mot stjärnbilden ormbäraren på södra stjärnhimlen.

"Våra planetbildningsmodeller hade sedan tidigare svårt att förklara de tidigare rekordhållarna för den yngsta kända planeten Det var fyra stycken som var kandidater.  Två planeter som kretsar kring stjärnan PDS 70 och två planeter som kretsar kring stjärnan WISPIT 2  vilka alla är mer än 5 miljoner år gamla," beskriver Lucas Cieza, professor vid Instituto de Estudios Astrofísicos i Chile och medförfattaren till en artikel som beskriver resultaten (se nedan). "Elias 2-24 b visar oss att även våra bästa modeller för planetbildning fortfarande saknar några viktiga processer."

Med koronagrafen som blockerade ljuset från stjärnorna sökte astronomer efter exoplaneter som kretsade kring stjärnor där de kunde vara inbäddade i de dammiga skivorna. Planeter som finns utanför vårt eget solsystem kallas exoplaneter.

"Planeterna bör finnas inom springor i den protoplanetära skivan eftersom de skär hål i dem" beskriver Andrea Bernardi doktorand vid Universidad Diego Portales i Chile. "Och det var precis i en sådan vi hittade Elias 2-24 b."

Planeten som kretsar kring stjärnan Elias 2-24 är ungefär lika massiv som Jupiter och stjärnan finns cirka 450 ljusår från jorden. Att studera detta system erbjuder en slags tidsmaskin för forskare att utforska hur vårt eget planetsystem kan ha sett ut för miljarder år sedan.

Stjärnor föds i virvlande moln av gas och damm, en dimmig miljö. Planeter i omloppsbana bildas av överblivet material som klumpar ihop sig och gradvis formar en bana runt stjärnan. Men det är svårt att studera en exoplanets första bildningsskede på grund av allt damm som omsluter dem.

Studien som publicerades nyligen i The Astrophysical Journal Letters  var under ledning av Bernardi, doktorand vid Universidad Diego Portales i Chile och man fokuserade på arkivobservationer av sju stjärnor som observerades med hjälp av koronagrafen vid W. M. Keck-observatoriet på Hawaii. Observatoriet  har samarbetsavtal  med NASA. Var och en av dessa stjärnor rymmer en skräpskiva (protoplanetär skiva) full av damm, gas , is och stenbitar med strukturer som ger glipor i skivan vilket antyder att planeter kan bildas runt detta innehåll.

STScI-forskare (Space Telescope Science Institute, Baltimore) Berkeleypriset 2027

 

Bild Wikimedia Strax efter starten av NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescopes vetenskapliga verksamhet märkte astronomer något oväntat i insamlad data: röda objekt små objekt  belägna i det avlägsna i tid och rum unga universum. 

Forskare från Space Telescope Science Institute (STScI) är medlemmar i samarbetet (UNCOVER-projektet) som hittade och undersöker dessa så kallade little red spot. De har nu  tilldelats 2027 års Lancelot M. Berkeley–New York Community Trust Prize for Meritorious Work in Astronomy som en del av sitt arbete med UNCOVER-projektet. Berkeleypriset delas årligen ut för mycket förtjänstfullt arbete med att främja astronomins vetenskapliga upptäckter under det föregående året.

Enligt prismotiveringen hedras UNCOVER-samarbetet med Berkeley-priset 2027 för att ha "kombinerat teleskopens och gravitationslinsnings kraft för att avslöja innehållet i det avlägsna universum." Genom spektroskopiska studier har teamet upptäckt galaxer vid den kosmiska gryningen, inklusive stora populationer av lysande galaxer och supermassiva svarta hål i det tidiga universum."

 Berkeley-priset delas ut årligen sedan 2011 av American Astronomical Society (AAS) och stöds av ett bidrag från The New York Community Trust och inkluderar ett penningpris samt en inbjudan att hålla den avslutande plenarföreläsningen vid AAS vintermöte. The 249:e AAS-mötet kommer att hållas i Salt Lake City, Utah, från 10 till 14 januari 2027.

Varje år väljer de tre AAS-vice ordförandena, i samråd med chefredaktören för AAS-tidskrifterna Berkeley-pristagaren för förtjänstfull forskning publicerad under de föregående 12 månaderna. Årets pris uppmärksammar UNCOVER-teamet för tre nyligen publicerade artiklar i The Astrophysical Journal. Den första och Den andra presenterar en översikt av UNCOVER-projektet, sammanfattar dess vetenskapliga mål och karakterisera den initiala avbildningen och slutliga spektroskopin från projektet. Den tredje introducerar ett nyckelresultat från projektet: bevis för att populationen av svaga, kompakta "little red dots" som JWST såg i det tidiga universum domineras av röda, aktivt ackreterande svarta hål snarare än bara dammiga stjärnbildande galaxer. Teamet visade att dessa över tid blev röda aktiva galaxkärnor och är mycket fler vid höga rödförskjutningar än vad som tidigare antagits.

Många fler i det tidiga universum än man trott. De är början till stjärnor och galaxer. Men då vi ser dem svarta hål med insamlande av gas enligt mig. Om dessa svarta hål  uppstod i samband med BigBang eller kort efteråt av gravitation eller fascinerande tanke kom med från ett tidigare universum då vårt universum och vår tid kom till får framtida studier svara på. 

The UNCOVER team består av mer än 50 personer över hela världen, under ledning av bland annat  Sedona Price vid STScI, inklusive STScI-astronomerna Dan Coe och Susan Kassin, tillsammans med Camilla Pacifici, tidigare vid STScI. Berkeley-priset kommer att tas emot på uppdrag av samarbetet med Ivo Labbé (Swinburne University of Technology) som, tillsammans med Rachel Bezanson, är medhuvudforskare för UNCOVER.

Panorama av stjärnbildning

 

Bild NASAs James Webb Space Telescope observation nyligen av IC 348, ett stjärnbildande område 1 000 ljusår från jorden. Webbteleskopet fann små bruna dvärgar några dubbelt så stora som Jupiter och unga stjärnor som slungade ut kraftfulla jetstrålar som kraschade in i omgivande gas och damm. Bild: NASA, ESA, CSA, Kevin Luhman (PSU), Catarina Alves de Oliveira (ESA), Mahdi Zamani (ESA/Webb)

Ovan vy av det närliggande stjärnbildande området IC 348 är en av de innehållsrikaste  bilderna som hittills släppts från NASAs James Webb Space Telescope. Med hjälp av telekopet sökte astronomer i IC 348 efter bruna dvärgar. Objekt som är mindre massiva än de minsta stjärnorna (så kallade misslyckade stjänbildningar).

Stjärnbildningsregionen IC 348 ligger 1 000 ljusår bort från oss i stjärnbilden Perseus. I områden som IC 348 kollapsar kalla moln av molekylär vätgas och bildar nya stjärnor, vilket skapar lysande  scener som ovan. Stjärnbildningsprocessen kan skapa mycket varierande objekt, från massiva stjärnor som kollapsar efter bara några miljoner år i kärnkollaps-supernovaexplosioner till de minsta och vanligaste stjärnorna, som är långlivade och producerar kraftfulla stjärnstormar. De minsta stjärnorna väger omkring 8 procent av solens massa.

Under denna massa finns en  klass av objekt som kallas bruna dvärgar. Bruna dvärgar bildas på samma sätt som stjärnor genom kollapsen av molekylmoln. Men till skillnad från stjärnor blir kärnorna hos bruna dvärgar aldrig tillräckligt varma för att smälta samman vanligt väte till helium (även om många kortvarigt fusionerar deuterium eller tungt väte, tidigt i sin existens).

Det som fortfarande är oklart, och som forskarna hoppades lära sig genom att använda Webbs känsliga instrument i studiet av IC 348, är hur små de minsta objekten som skapas vid stjärnbildningsprocesser är. Med andra ord, hur liten är den minsta bruna dvärgen?

Forskare som försökte besvara denna fråga använde först Webbteleskopet till att studera IC 348 under 2022 och upptäckte då bruna dvärgar med massor så låga som endast tre till fyra gånger större än Jupiters massa. Nu har samma forskarteam använt Webb för att undersöka ännu djupare i denna region i jakt på ännu mindre bruna dvärgar.

Teamet använde Webbs NIRCam (Near-Infrared Camera) 2024 för att fånga det varma skenet från unga bruna dvärgar och nybildade stjärnor som kan ses på ovan bild av IC 348. Efter att ha valt ut bruna dvärgar baserat på deras färg och ljusstyrka följde de upp med Webbs NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) 2025 för att genomföra spektroskopiska observationer för att studera massorna hos de bruna dvärgarna.

Dessa djupa Webb-observationer avslöjade något anmärkningsvärt: bruna dvärgar med massor så låga som bara dubbelt så stora som Jupiters massa,  0,19 procent av solens massa. Det är mycket mindre än vad teorin förutspår att bruna dvärgar kan vara. Detta är de minst massiva bruna dvärgarna som är kända och deras existens utgör en utmaning för modellen av hur stjärnor bildas.

Förutom upptäckten av dessa oväntat lätta bruna dvärgar innehöll Webbs observationer ännu fler överraskningar. En av de lättaste nyfunna bruna dvärgarna visade tecken på en skiva, vilket antyder att små planeter kan bildas runt ett objekt som i sig bara är har massa som en större planet.

När de inspekterade spektra från IC 348:s bruna dvärgar fann forskarteamet också en egenskap de tillskrev ett oidentifierat kolväte, molekyler som endast består av väte- och kolatomer. Denna specifika formation har endast observerats i atmosfärer hos de bruna dvärgarna med lägst massa vilket tyder på att dessa extrema objekt kan existera i en egen spektral klass.

Stjärnorna och de bruna dvärgarna i IC 348 är inte de enda attraktionerna i bilden. En briljant detaljerad samling protostjärnor finns uppe i högra hörnet. Flera av dessa protostjärnor åtföljs av Herbig-Haro-objekt Objekt som är lysande områden som bildas när jetstrålar från växande nya stjärnor kraschar in i gas och damm runt stjärnan.

Den långa, smala formationen  horisontellt orienterad i detta hörn är Herbig-Haro-objektet HH 797. Vid närmare granskning avslöjas att denna källa är två protostjärnor med nästan parallella utflöden. Precis till höger om HH 797 finns den propellerformade Herbig-Haro-objektet HH 211, som har både smala jetstrålar och breda utflöden.

Ny teori om hur månen kom till.

 

Konstnärs tolkning av den enorma kollisionen mellan den tidiga jorden och "Theia", ett Mars-stort objekt som tros ha orsakat månens bildande. NASA/JPL-CalTech/T. Pyle.

För sin storlek och placering i solsystemet har jorden en stor måne. Men frågan om hur jorden fick sin måne har det teoretiserats över under lång tid. Den ledande teorin är Theiateorin.

Forskare vid Southwest Research Institute och University of Arizona har nu tagit hjälp av toppmoderna beräkningstekniker som avslöjar grundläggande skillnader i hur månen kan ha bildats vid kollisionen mellan ett Mars-stort objekt och jorden för ungefär 4,5 miljarder år sedan.

Tidigare studier av scenariot utgående från jättelika nedslag på jorden inkluderar en grundläggande artikel från 2001 av Robin Canup, vice ordförande för SwRI:s Solar System Science and Exploration Division i Boulder, Colorado och Erik Asphaug, professor vid Lunar and Planetary Laboratory  medförfattare till den nu aktuella studien. I det jättelika nedslagsscenariot på jorden utplånade skräpet från kollisionen mellan det Mars-stora objektet Theia och den tidiga jorden Theia, vilket spred Theiaresterna i en skiva runt jorden.

Dessa datasimuleringar och efterföljande jättepåverkande datamodeller av händelsen ignorerade dock materialstyrkan, som teoretiskt ansågs vara obetydlig för sådana högenergihändelser. Adeene Denton, en tidigare postdoktoral forskare vid Lunar and Planetary Laboratory som nu är vid SwRI och hennes team analyserade denna hypotes med moderna beräkningsmetoder som för första gången inkorporerar temperaturberoende geologisk styrka. "Vi upptäckte att den redan existerande geologin hos den Mars-stora protomånen spelade roll," beskriver Adeene Denton "När du simulerar jorden och månen som kolliderande objekt med deras  geologiska egenskaper förändras hur månen bildas vid nedslaget något som ingen undersökt tidigare."

"Eftersom kollisionen ansågs vara tillräckligt våldsam för att smälta och förånga stora delar av jorden och Theia, antogs i de tidigare artiklarna att det är möjligt att se objekten som vätskor," beskriver Asphau. "Baserat på våra nya resultat tycker vi dock att det är dags att ompröva det."

Denton återbesökte hypotesen för första gången med mer avancerade simuleringar av utjämnade partikelhydrodynamik som tar hänsyn till den strukturella styrkan hos de kroppar som är inblandade i kollisionen.

"Det visar sig att materialstyrka är väldigt viktig när man studerar kollisioner mellan mindre kroppar som asteroider, dvärgplaneter och månar," beskriver Denton, som fick idén att tillämpa konceptet på jordens måne när han arbetade på en tidigare artikel om bildandet av Pluto-Charon-systemet. "Vi var inte säkra på om det skulle spela någon roll för vår måne eller inte. När vi gjorde simuleringarna upptäckte vi att det spelar ganska stor roll."

Den nya teorin utvecklad vid University of A och universitetet i Bern i Schweiz, använder en styrkemodell som ger kropparna den typ av motståndskraft mot deformation som förväntas för realistiska geologiska material såsom sten och metall och även is som skulle ha utgjort Theia och proto-jorden.

Varmare kroppar är svagare än kallare  teamet fann att de olika utfallen av månbildningsscenarier är känsliga för temperaturerna hos de kolliderande kropparna. Vissa scenarier ger en helt intakt måne inom några timmar efter nedslaget medan andra resulterar i en protomåneskiva runt jorden som bildar månen över tid. Eftersom protoplaneter generellt börjar heta och svalnar över tid skapar detta en viktig ny koppling mellan tidpunkten för jättenedslaget och månens ursprungliga tillstånd och sammansättning.

"Beroende på hur varm jorden och månen var före kollisionen kan kollisionen förstöra Theia och skapa denna massiva skiva av bråte som så småningom bildar månen," beskriver Denton. "Men när vi använde samma parametrar som den ursprungliga nedslagsmodelleringen ner till lika temperaturstrukturer inuti båda kropparna framträdde en intakt måne inom cirka fem timmar."

Även om intakta månresultat har observerats i tidigare simuleringar visar detta arbete  att materialstyrka och temperatur spelar en central roll om månen formas intakt eller sätts ihop av material bearbetat inom en protolunarskiva.

"Dessa överraskande och spännande nya resultat antyder en potentiell koppling mellan månens fysiska egenskaper idag och eventuella flyktiga innehåll av jordens och Theias termiska tillstånd vid tiden för jättenedslaget," beskriver Canup vice ordförande för SwRI:s Solar System Science and Exploration Division i Boulder, Colorado. Canup var inte var involverad i studien. "Detta kan i sin tur hjälpa forskare att bättre avgränsa tiden när månbildningshändelsen inträffade."

Ytterligare en fråga är om likheten mellan material som utgör jorden och månen. Precis som med tidigare modeller är det fortfarande en öppen vetenskaplig fråga att förklara den nära sammansättningen mellan jorden och månen.

"Eftersom jorden och Mars bildades i samma närhet i solsystemet är de som syskon," beskriver Denton. "Månen och jorden är däremot mer som tvåäggstvillingar."

En möjlig förklaring är att Theia och proto-jorden bildades i en gemensam region i solsystemet medan Mars som är kompositionellt skild från jorden och månen bildades längre bort.

Studien är publicerad i The Astrophysical Journal Letters och kan läsas här. 

Ett vanligt händelsemönster av aktivitet i svarta hål formar närliggande galaxer

 

Bild wikipedia Galaxen NGC 2207 sedd från Hubbleteleskopet. Ett exempel på galaxer därute.

Forskning, baserad på observationer från VLT i Chile  very large teleskopets MUSE-instrument (Multi Unit Spectroscopic Explorer) visar att aktiva galaxkärnor (AGN), eller ljusstarka områden utifrån material som faller in i ett supermassivt svart hål, är kopplade till stjärnbildande ringar eller bågar, konformade områden av energirik gas och snabba "chockvågor", uppståenden från energiflöden som interagerar med omgivande gas.

"När vi förstod hur detta skedde kunde vi se att de svarta hålen inte bara drar in saker utan också kastar iväg saker," beskriver Peixin Zhu, doktorand och astronom vid Center for Astrophysics. Skeendena är  beroende av varandra.

Studien fokuserade på galaxer vars centrala svarta hål aktivt drar in närliggande material mestadels bestående av gas och damm..

"Vi ser att svarta hål inte bara konsumerar material i galaxers centrum utan även aktivt omformar  sin omgivning," beskriver Lisa Kewley, astrofysiker vid Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, chef för centret och Zhus rådgivare. "Detta arbete hjälper oss att förstå en komplex återkopplingscykel som spelar en viktig roll i galaxutveckling."

Teamet använde en ny tredimensionell teknik för att skilja mellan tre källor: stjärnbildning, strålning från det aktiva svarta hålet och excitation (energi tillförelse) genom chockvågor. Chockexcitation uppstår när höghastighetsutflöden från det centrala svarta hålet kolliderar med det interstellära mediet. Över hela provet fann forskarna att stjärnbildande ringar eller bågar uppstod på avstånd av cirka 0,8 till 6 kiloparsec från galaxens centrum. Joniserade koner av svarta håls strålning sträckte sig utåt från galaxernas skivor medan centrala regioner dominerade av snabba stötar som ofta sträckte sig vinkelrätt mot dessa områden.

Forskarna fann också bevis för stötar i vinkelräta  riktningar mot AGN-biconerna.  AGN innebär en aktiv galaxkärna. Zhu noterar att dessa stötar i stort sett är förenliga med interaktioner mellan AGN-jetsrålar och det interstellära mediet, även om vindar från det aktiva svarta hålet också kan bidra, särskilt i galaxer med lägre jetstråls händelser..

"Det mest intressanta fenomenet med chockvågorna är att de alltid går vinkelrätt mot området där det svarta hålets injicerade utflöden utgår," beskriver Peixin. "Detta är mycket vanligt och vi ser det ständigt dyka upp över alla de nio undersökta galaxerna."

Studiens resultat kombinerade högupplösta observationer och detaljerade teoretiska modeller. MUSE-instrumentet gav rumsligt upplösta optiska data, medan de toppmoderna teoretiska datamodellerna som byggdes av Zhu och hennes kollegor, astrofysikerna Lisa Kewley från Center for Astrophysics och Ralph Sutherland vid Australian National University, gjorde det möjligt  att jämföra observationer av förutsägelser av svarta håls aktivitet, stjärnbildning och chockvågsaktivitet. Chandra-röntgenobservationer stödde också forskarnas tolkning.

Resultatet visar att aktivt växande svarta hål har en komplex cykel av ackretion, utflöde och interaktion med sina omgivande galaxer. Genom att separera effekterna av svarta håls strålning, stjärnbildning och chockvåger ger studien en tydligare bild av den cykeln och dess relation till stjärnbildning.

Studien publicerades nyligen i The Astrophysical Journal där man  beskriver  perspektivet på hur AGN-återkoppling kan påverka galaxers tillväxt och utveckling. 

Centret för astrofysik | Harvard & Smithsonian är ett samarbete mellan Smithsonian Astrophysical Observatory och Harvard College Observatory.