Le galassie sono disponibili in un'ampia varietà di forme, dimensioni e luminosità, che vanno dalle banali galassie ordinarie alle luminose galassie attive. Mentre una normale galassia è visibile principalmente a causa della luce delle sue stelle, una galassia attiva brilla più luminosa al suo centro, o nucleo, dove un buco nero supermassiccio emette un'esplosione costante di luce brillante mentre consuma voracemente gas e polvere nelle vicinanze.

Seduto da qualche parte nello spettro tra le galassie ordinarie e attive è un'altra classe, note come galassie della regione della linea di emissione nucleare a bassa ionizzazione (LINER). Mentre i LINER sono relativamente comuni, che rappresentano circa un terzo di tutte le galassie vicine, gli astronomi hanno dibattuto ferocemente la principale fonte di emissione di luce dai LINER. Alcuni sostengono che i nuclei galattici debolmente attivi siano responsabili, mentre altri sostengono che le regioni di formazione stellare al di fuori del nucleo galattico producono la maggior quantità di luce.

Un team di astronomi ha osservato sei galassie LINER mite trasformarsi improvvisamente e sorprendentemente in quasar famelici, sede del più brillante di tutti i nuclei galattici attivi. Il team ha riportato le loro osservazioni, che potrebbe aiutare a demistificare la natura sia dei LINER che dei quasar rispondendo ad alcune domande scottanti sull'evoluzione galattica, nel Giornale Astrofisico il 18 settembre, 2019. Sulla base della loro analisi, i ricercatori suggeriscono di aver scoperto un tipo completamente nuovo di attività dei buchi neri al centro di queste sei galassie LINER.

"Per uno dei sei oggetti, inizialmente pensavamo di aver osservato un evento di interruzione della marea, che accade quando una stella passa troppo vicino a un buco nero supermassiccio e viene frantumata, " disse Sara Federico, uno studente laureato presso il Dipartimento di Astronomia dell'Università del Maryland e l'autore principale del documento di ricerca. "Ma in seguito abbiamo scoperto che si trattava di un buco nero precedentemente dormiente che stava attraversando una transizione che gli astronomi chiamano "sguardo mutevole", ' risultando in un quasar luminoso. Osservando sei di queste transizioni, il tutto in galassie LINER relativamente tranquille, suggerisce che abbiamo identificato una classe totalmente nuova di nucleo galattico attivo".

Tutte e sei le sorprendenti transizioni sono state osservate durante i primi nove mesi della Zwicky Transient Facility (ZTF), un progetto di rilevamento del cielo automatizzato con sede presso l'Osservatorio Palomar di Caltech vicino a San Diego, California, che ha iniziato le osservazioni nel marzo 2018. UMD è un partner nello sforzo ZTF, facilitato dal Joint Space-Science Institute (JSI), una partnership tra UMD e il Goddard Space Flight Center della NASA.

Cambiamenti di aspetto sono stati documentati in altre galassie, più comunemente in una classe di galassie attive note come galassie di Seyfert. Per definizione, Le galassie di Seyfert hanno tutte un brillante, nucleo galattico attivo, ma le galassie di Seyfert di tipo 1 e di tipo 2 differiscono per la quantità di luce che emettono a specifiche lunghezze d'onda. Secondo Federico, molti astronomi sospettano che la differenza derivi dall'angolo con cui gli astronomi osservano le galassie.

Si pensa che le galassie di Seyfert di tipo 1 affrontino la Terra frontalmente, dando una visuale libera dei loro nuclei, mentre le galassie di Seyfert di tipo 2 sono inclinate di un angolo obliquo, tale che i loro nuclei sono parzialmente oscurati da un anello a forma di ciambella di denso, nuvole di gas polverose. Così, le mutevoli transizioni di aspetto tra queste due classi rappresentano un enigma per gli astronomi, poiché l'orientamento di una galassia verso la Terra non dovrebbe cambiare.

Le nuove osservazioni di Frederick e dei suoi colleghi possono mettere in discussione queste ipotesi.

"We started out trying to understand changing look transformations in Seyfert galaxies. But instead, we found a whole new class of active galactic nucleus capable of transforming a wimpy galaxy to a luminous quasar, " said Suvi Gezari, an associate professor of astronomy at UMD, a co-director of JSI and a co-author of the research paper. "Theory suggests that a quasar should take thousands of years to turn on, but these observations suggest that it can happen very quickly. It tells us that the theory is all wrong. We thought that Seyfert transformation was the major puzzle. But now we have a bigger issue to solve."

Frederick and her colleagues want to understand how a previously quiet galaxy with a calm nucleus can suddenly transition to a bright beacon of galactic radiation. To learn more, they performed follow-up observations on the objects with the Discovery Channel Telescope, which is operated by the Lowell Observatory in partnership with UMD, Boston University, the University of Toledo and Northern Arizona University. These observations helped to clarify aspects of the transitions, including how the rapidly transforming galactic nuclei interacted with their host galaxies.

"Our findings confirm that LINERs can, infatti, host active supermassive black holes at their centers, " Frederick said. "But these six transitions were so sudden and dramatic, it tells us that there is something altogether different going on in these galaxies. We want to know how such massive amounts of gas and dust can suddenly start falling into a black hole. Because we caught these transitions in the act, it opens up a lot of opportunities to compare what the nuclei looked like before and after the transformation."

Unlike most quasars, which light up the surrounding clouds of gas and dust far beyond the galactic nucleus, the researchers found that only the gas and dust closest to the nucleus had been turned on. Frederick, Gezari and their collaborators suspect that this activity gradually spreads from the galactic nucleus—and may provide the opportunity to map the development of a newborn quasar.

"It's surprising that any galaxy can change its look on human time scales. These changes are taking place much more quickly than we can explain with current quasar theory, " Frederick said. "It will take some work to understand what can disrupt a galaxy's accretion structure and cause these changes on such short order. The forces at play must be very extreme and very dramatic."

The research paper, "A New Class of Changing-look LINERs, " Sara Frederick, Suvi Gezari, Matthew Graham, Bradley Cenko, Sjoert Van Velzen, Daniel Stern, Nadejda Blagorodnova, Shrinivas Kulkarni, Lin Yan, Kishalay De, Christoffer Fremling, Tiara Hung, Erin Kara, David Shupe, Charlotte Ward, Eric Bellm, Richard Dekany, Dmitry Duev, Ulrich Feindt, Matteo Giomi, Thomas Kupfer, Russ Laher, Frank Masci, Adam Miller, James Neill, Chow-Choong Ngeow, Maria Patterson, Michael Porter, Ben Rusholme, Jesper Sollerman and Richard Walters, was published in The Giornale Astrofisico  on September 18, 2019.