Quiescent Host Galaxies of Extended Quasars Revealed by Spectrophotometric Decomposition

Stel je het universum voor als een enorme, bruisende stad waar de machtigste bewoners supermassieve zwarte gaten zijn. Dit zijn geen kleine, onzichtbare zwarte gaten zoals je die in tekenfilms zou kunnen zien; dit zijn kosmische reuzen, miljoenen of zelfs miljarden keren zwaarder dan onze Zon, die precies in het centrum van sterrenstelsels zitten. Al een lange tijd vragen wetenschappers zich af: hoe groeien deze reuzen en hun gastheerstelsels samen op? Geven ze samen een wild feestje, waarbij ze tegelijkertijd sterren bouwen en gas eten? Of groeit de een eerst uit, wordt hij te groot en dwingt hij de ander vervolgens om tot rust te komen? Deze vraag staat in het hart van de evolutie van sterrenstelsels, in een poging te achterhalen of het zwarte gat en het sterrenstelsel beste vrienden zijn die zij aan zij opgroeien, of dat ze een ingewikkelde, soms rommelige relatie hebben waarbij de een uiteindelijk de controle overneemt.

Om dit mysterie op te lossen, kijken astronomen meestal naar het licht dat van deze sterrenstelsels komt. Maar er is een addertje onder het gras: het zwarte gat is vaak zo helder en energiek (als een verblindende spotlight) dat het de rest van het sterrenstelsel (het minder heldere huis waarin het woont) verbergt. Het is alsof je de details van een huis probek te zien terwijl er een zoeklicht recht in je ogen schijnt. De meeste eerdere studies keken naar "compacte" quasars — sterrenstelsels waar het licht van het zwarte gat alles volledig overstemt, wat het moeilijk maakt om te zien wat het gastheerstelsel eigenlijk aan het doen is. Dit artikel besluit naar een andere groep te kijken: quasars die er "uitgestrekt" of verspreid uitzien op telescoopbeelden, wat suggereert dat het gastheerstelsel zichtbaar is en niet slechts een klein stipje.

De auteurs van dit artikel, onder leiding van Shengxiu Sun en Linhua Jiang, besloten een spel van "scheiding" te spelen met een nieuwe, slimme truc. Ze combineerden twee krachtige instrumenten: hoge-resolutiebeelden van de Subaru Telescope (die de vorm van het sterrenstelsel kunnen zien) en gedetailleerde spectra (regenboogkleuren van licht die kunnen vertellen waar het licht uit bestaat) van de DESI-survey. Denk aan het hebben van een foto in hoge definitie van een rommelige kamer en een gedetailleerde lijst van elk geluid in die kamer. Door een speciaal computerprogramma te gebruiken, konden ze de verblindende "spotlight" van het zwarte gat iteratief wegstrippen om het "huis" eronder te onthullen.

Dit is wat ze vonden: de gastheerstelsels van deze uitgestrekte quasars zijn voornamelijk rustig, slaperig en oud. In tegen tegenstelling tot de wilde, ster-makende feestjes die te zien zijn bij compacte quasars, zijn deze sterrenstelsels "quiescent" (rustig), wat betekent dat ze gestopt zijn met het maken van nieuwe sterren. Sterker nog, ongeveer 23% van hen zijn "post-starburst" sterrenstelsels. Stel je een sterrenstelsel voor dat vroeger een hectische fabriek was, die sterren met een razendsnel tempo produceerde, maar dan plotseling de rem erop heeft gezet. Het bevindt zich nu in een fase waarin de fabriek leeg is, maar de overgebleven machines (oude sterren) nog steeds zichtbaar zijn en het gebouw tot rust komt. Deze sterrenstelsels hebben massieve zwarte gaten, maar de sterrenstelsels zelf bestaan voornamelijk uit oude sterren, niet uit verse, hete sterren.

De studie controleerde ook de relatie tussen de grootte van het zwarte gat en de grootte van het sterrenstelsel. Ze vonden dat de relatie voor deze specifieke, uitgestrekte quasars overeenkomt met wat we zien in onze lokale buurt van het universum: grote sterrenstelsels hebben de neiging grote zwarte gaten te hebben. Echter, ze konden geen duidelijk verband vinden tussen de massa van het zwarte gat en de snelheid waarmee de sterren binnen het sterrenstelsel bewegen (snelheidsdispersie). De auteurs suggereren dat dit niet komt omdat de link niet bestaat, maar omdat de gegevens een beetje te luidruchtig zijn om het duidelijk te kunnen zien — alsof je een fluistering probeert te horen in een lawaaierige kamer.

Uiteindelijk suggereert dit artikel dat het universum diverser is dan we dachten. Terwijl sommige zwarte gaten leven in sterrenstelsels die nog aan het feesten zijn en sterren maken, leven anderen in sterrenstelsels die al volwassen zijn geworden, gestopt zijn met sterren maken en zich nu in een rustige, post-feest fase bevinden. Door zich te richten op de "uitgestrekte" quasars die anderen misschien zouden negeren, hebben de auteurs een verborgen populatie zwarte gaten onthuld die samen met hun sterrenstelsels co-existeren in een veel volwassener, en misschien zelfs algemener, evolutionair stadium.