Le giovani galassie brillano di nuove stelle luminose che si formano a un ritmo rapido, ma la formazione stellare alla fine si interrompe con l'evoluzione di una galassia. Un nuovo studio, pubblicato il 1 gennaio, 2018, in Natura , mostra che la massa del buco nero al centro della galassia determina quanto presto si verifica questo "estinzione" della formazione stellare.

Ogni galassia massiccia ha un buco nero supermassiccio centrale, più di un milione di volte più massiccio del sole, rivelando la sua presenza attraverso i suoi effetti gravitazionali sulle stelle della galassia e talvolta alimentando la radiazione energetica da un nucleo galattico attivo (AGN). Si pensa che l'energia che si riversa in una galassia da un nucleo galattico attivo spenga la formazione stellare riscaldando e disperdendo il gas che altrimenti si condenserebbe nelle stelle mentre si raffredda.

Questa idea esiste da decenni, e gli astrofisici hanno scoperto che le simulazioni dell'evoluzione delle galassie devono incorporare il feedback del buco nero per riprodurre le proprietà osservate delle galassie. Ma mancano prove osservative di una connessione tra buchi neri supermassicci e formazione stellare, fino ad ora.

"Stiamo componendo il feedback per far funzionare le simulazioni, senza sapere veramente come accade, " ha detto Jean Brodie, professore di astronomia e astrofisica presso l'UC Santa Cruz e coautore dell'articolo. "Questa è la prima prova osservativa diretta in cui possiamo vedere l'effetto del buco nero sulla storia della formazione stellare della galassia".

I nuovi risultati rivelano una continua interazione tra l'attività del buco nero e la formazione stellare durante la vita di una galassia, influenzando ogni generazione di stelle formatesi durante l'evoluzione della galassia.

Guidato dal primo autore Ignacio Martín-Navarro, un ricercatore post-dottorato presso l'UC Santa Cruz, lo studio si è concentrato su galassie massicce per le quali la massa del buco nero centrale era stata misurata in studi precedenti analizzando i moti delle stelle vicine al centro della galassia. Per determinare le storie di formazione stellare delle galassie, Martín-Navarro ha analizzato spettri dettagliati della loro luce ottenuti dall'Hobby-Eberly Telescope Massive Galaxy Survey.

La spettroscopia consente agli astronomi di separare e misurare le diverse lunghezze d'onda della luce di un oggetto. Martín-Navarro ha utilizzato tecniche computazionali per analizzare lo spettro di ogni galassia e recuperare la sua storia di formazione stellare trovando la migliore combinazione di popolazioni stellari per adattarsi ai dati spettroscopici. "Ti dice quanta luce proviene da popolazioni stellari di età diverse, " Egli ha detto.

Quando ha confrontato le storie di formazione stellare delle galassie con buchi neri di diversa massa, ha trovato differenze sorprendenti. Queste differenze erano correlate solo alla massa del buco nero e non alla morfologia galattica, dimensione, o altre proprietà.

"Per le galassie con la stessa massa di stelle ma diversa massa del buco nero al centro, quelle galassie con buchi neri più grandi sono state spente prima e più velocemente di quelle con buchi neri più piccoli. Quindi la formazione stellare è durata più a lungo in quelle galassie con buchi neri centrali più piccoli, " disse Martín-Navarro.

Altri ricercatori hanno cercato correlazioni tra la formazione stellare e la luminosità dei nuclei galattici attivi, senza successo. Martín-Navarro ha detto che potrebbe essere perché le scale temporali sono così diverse, con formazione stellare che si verifica nel corso di centinaia di milioni di anni, mentre le esplosioni da nuclei galattici attivi si verificano in periodi di tempo più brevi.

Un buco nero supermassiccio è luminoso solo quando sta attivamente divorando materia dalle regioni interne della sua galassia ospite. I nuclei galattici attivi sono molto variabili e le loro proprietà dipendono dalle dimensioni del buco nero, il tasso di accrescimento di nuovo materiale che cade sul buco nero, e altri fattori.

"Abbiamo usato la massa del buco nero come proxy per l'energia immessa nella galassia dall'AGN, perché l'accrescimento su buchi neri più massicci porta a un feedback più energetico dai nuclei galattici attivi, che estinguerebbe la formazione stellare più velocemente, " ha spiegato Martín-Navarro.

La natura precisa del feedback dal buco nero che spegne la formazione stellare rimane incerta, secondo il coautore Aaron Romanowsky, un astronomo presso la San Jose State University e gli UC Observatories.

"Ci sono diversi modi in cui un buco nero può immettere energia nella galassia, e i teorici hanno tutti i tipi di idee su come avviene l'estinzione, ma c'è ancora molto lavoro da fare per inserire queste nuove osservazioni nei modelli, " Disse Romanowsky.