As galáxias vêm em uma ampla variedade de formas, tamanhos e brilhos, variando de galáxias comuns monótonas a galáxias ativas luminosas. Embora uma galáxia comum seja visível principalmente por causa da luz de suas estrelas, uma galáxia ativa brilha mais forte em seu centro, ou núcleo, onde um buraco negro supermassivo emite uma explosão constante de luz brilhante enquanto consome vorazmente gás e poeira próximos.

Situada em algum lugar no espectro entre galáxias comuns e ativas está outra classe, conhecido como galáxias da região da linha de emissão nuclear de baixa ionização (LINER). Embora LINERs sejam relativamente comuns, representando cerca de um terço de todas as galáxias próximas, astrônomos debateram ferozmente a principal fonte de emissão de luz dos LINERs. Alguns argumentam que os núcleos galácticos fracamente ativos são responsáveis, enquanto outros afirmam que as regiões de formação de estrelas fora do núcleo galáctico produzem mais luz.

Uma equipe de astrônomos observou seis galáxias LINER de maneiras suaves se transformando repentina e surpreendentemente em quasares vorazes - lar do mais brilhante de todos os núcleos galácticos ativos. A equipe relatou suas observações, o que poderia ajudar a desmistificar a natureza de LINERs e quasares enquanto respondia a algumas questões candentes sobre a evolução galáctica, no Astrophysical Journal em 18 de setembro, 2019. Com base em sua análise, os pesquisadores sugerem que descobriram um tipo inteiramente novo de atividade de buraco negro nos centros dessas seis galáxias LINER.

"Para um dos seis objetos, primeiro pensamos ter observado um evento de interrupção da maré, que acontece quando uma estrela passa muito perto de um buraco negro supermassivo e se fragmenta, "disse Sara Frederick, um estudante de graduação no Departamento de Astronomia da Universidade de Maryland e o principal autor do artigo de pesquisa. "Mas descobrimos mais tarde que era um buraco negro anteriormente adormecido passando por uma transição que os astrônomos chamam de 'mudança de aparência, 'resultando em um quasar brilhante. Observando seis dessas transições, tudo em galáxias LINER relativamente silenciosas, sugere que identificamos uma classe totalmente nova de núcleo galáctico ativo. "

Todas as seis transições surpreendentes foram observadas durante os primeiros nove meses do Zwicky Transient Facility (ZTF), um projeto automatizado de levantamento do céu baseado no Observatório Palomar da Caltech, perto de San Diego, Califórnia, que começou as observações em março de 2018. UMD é um parceiro no esforço da ZTF, facilitado pelo Joint Space-Science Institute (JSI), uma parceria entre o UMD e o Goddard Space Flight Center da NASA.

Mudanças nas transições de aparência foram documentadas em outras galáxias - mais comumente em uma classe de galáxias ativas conhecidas como galáxias Seyfert. Por definição, Todas as galáxias Seyfert têm um brilho, núcleo galáctico ativo, mas as galáxias Seyfert Tipo 1 e Tipo 2 diferem na quantidade de luz que emitem em comprimentos de onda específicos. De acordo com Frederick, muitos astrônomos suspeitam que a diferença resulta do ângulo em que os astrônomos veem as galáxias.

Acredita-se que as galáxias Seyfert Tipo 1 enfrentem a Terra de frente, dando uma visão desobstruída de seus núcleos, enquanto as galáxias Seyfert Tipo 2 são inclinadas em um ângulo oblíquo, de modo que seus núcleos sejam parcialmente obscurecidos por um anel em forma de donut de denso, nuvens de gás empoeiradas. Assim, mudar as transições de aparência entre essas duas classes apresenta um quebra-cabeça para os astrônomos, já que a orientação de uma galáxia em relação à Terra não deve mudar.

As novas observações de Frederick e seus colegas podem questionar essas suposições.

"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, na verdade, 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 Astrophysical Journal  on September 18, 2019.