Supernova-Explosionen und die Jets eines monströsen Schwarzen Lochs streuen das sternbildende Gas einer Galaxie und treiben laut einer neuen Studie einer kürzlich fusionierten Galaxie einen dramatischen Wandel von einer spiralförmigen galaktischen Jugend zu einer älteren elliptischen älteren Person voran. Kühles Gas, der Brennstoff, aus dem sich neue Sterne bilden, ist für die Jugend und Kraft einer Galaxie von wesentlicher Bedeutung. Aber Supernova-Explosionen können den Rückgang der Sternentstehung auslösen, und dann beenden Schockwellen vom supermassiven Schwarzen Loch den Job und verwandeln Spiralgalaxien in „rote und tote“ Ellipsentrainer.
Astronomen glauben, eine kürzlich verschmolzene Galaxie, NGC 3801, identifiziert zu haben, in der dieser Gasverlust gerade erst begonnen hat. Mit ultravioletten Beobachtungen des Galaxy Evolution Explorer (GALEX) der NASA und einer Vielzahl anderer Instrumente füllen die neuen Erkenntnisse eine wichtige Lücke im aktuellen Verständnis der galaktischen Evolution.
"Wir haben eine Galaxie gefangen, als sie ihren gasförmigen Treibstoff für neue Sterne zerstörte und in Richtung einer rot-toten Galaxie marschierte", sagte Ananda Hota, Hauptautorin eines neuen Papiers in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Gesellschaft. "Wir haben ein entscheidendes fehlendes Teil gefunden, um das Rätsel dieser Phase der Galaxienentwicklung zu verbinden und zu lösen."
Es ist seit langem bekannt, dass gasreiche Spiralgalaxien wie unsere Milchstraße zusammenschlagen, um elliptische Galaxien wie die in der Studie beobachtete zu erzeugen. Diese großen, runden Galaxien haben sehr wenig Sternentstehung.
Die supermassiven Schwarzen Löcher, die sich in den Zentren von Galaxien befinden, können aufflammen, wenn sie während galaktischer Fusionen von Gas überflutet werden. Während sich ein riesiges Schwarzes Loch ernährt, schießen kolossale Materiestrahlen aus ihm heraus, wodurch ein sogenannter aktiver galaktischer Kern entsteht. Theoretisch erwärmen und zerstreuen Stoßwellen dieser Jets die Kaltgasspeicher in elliptischen Galaxien und verhindern so, dass neue Sterne Gestalt annehmen.
NGC 3801 zeigt Anzeichen eines solchen Prozesses. Diese Galaxie ist insofern einzigartig, als die Anzeichen einer Fusion in der Vergangenheit deutlich zu erkennen sind und sich die Stoßwellen der Jets des zentralen Schwarzen Lochs erst seit kurzem ausbreiten. Die Forscher verwendeten den Galaxy Evolution Explorer, um das Alter der Sterne der Galaxie zu bestimmen und ihre Evolutionsgeschichte zu entschlüsseln. Die ultravioletten Beobachtungen zeigen, dass die Sternentstehung von NGC 3801 in den letzten 100 bis 500 Millionen Jahren verblasst ist, was zeigt, dass die Galaxie tatsächlich begonnen hat, ihre Jugendjahre hinter sich zu lassen. Das Fehlen vieler großer, neuer, blauer Sterne lässt NGC 3801 im sichtbaren Licht gelblich und rötlich aussehen und ist daher mittleren Alters.
Was bewirkt, dass die Galaxie altert und weniger Sterne bildet? Die kurzlebigen blauen Sterne, die sich unmittelbar nach der Verschmelzung mit einer anderen Galaxie gebildet haben, sind bereits als Supernovae in die Luft gesprengt worden. Daten vom Hubble-Weltraumteleskop der NASA zeigten, dass diese Sternexplosionen einen schnellen Abfluss von erhitztem Gas aus den zentralen Regionen des NGC 3801 ausgelöst haben. Dieser Abfluss hat begonnen, die Reserven an kaltem Gas zu verbannen und damit die gesamte Sternentstehung von NGC 3801 zu beeinträchtigen.
In NGC 3801 findet immer noch eine gewisse Sternentstehung statt, wie in den vom Galaxy Evolution Explorer beobachteten ultravioletten Wellenlängen und in den vom Spitzer-Weltraumteleskop der NASA erfassten Infrarotwellenlängen gezeigt. Aber dieses letzte Flackern der Jugend wird bald durch kolossale Stoßwellen aus den Jets des Schwarzen Lochs gelöscht, die vom Chandra-Röntgenobservatorium der NASA im Röntgenlicht gesehen werden. Diese Druckwellen rauschen mit einer Geschwindigkeit von fast zwei Millionen Meilen pro Stunde (fast 900 Kilometer pro Sekunde) vom galaktischen Zentrum nach außen. Die Wellen werden in etwa 10 Millionen Jahren die äußeren Teile von NGC 3801 erreichen, das verbleibende kühle Wasserstoffgas streuen und die Galaxie wirklich rot und tot machen.
Astronomen glauben, dass der Übergang, der im Fall von NGC 3801 frühzeitig erfasst wurde - von der Fusion gasreicher Galaxien zum Aufstieg eines alt aussehenden Ellipsentrainers - auf kosmischen Zeitskalen sehr schnell erfolgt.
„Das Löschen der Sternentstehung durch Rückkopplung vom aktiven galaktischen Kern erfolgt wahrscheinlich in nur einer Milliarde Jahren. Das ist nicht sehr lange im Vergleich zum 10-Milliarden-Jahr-Alter einer typischen großen Galaxie “, sagte Hota. "Das explosive Stoßwellenereignis, das durch das zentrale Schwarze Loch verursacht wird, ist so stark, dass es den zukünftigen Verlauf der Entwicklung einer ganzen Galaxie dramatisch verändern kann."
Zusätzliche Beobachtungen für die Studie in optischem Licht stammen aus der Sloan Digital Sky Survey und im Radio unter Verwendung des Very Large Array in New Mexico.
Hota ist Astronomin in Pune, Indien. Sie hat die Studie als Postdoktorandin am Institut für Astronomie und Astrophysik der Academia Sinica in Taipeh, Taiwan, durchgeführt.
