Molecular observations of obscured galaxy nuclei

Doctoral thesis, 2017

En galax är ett system av stjärnor, stoft och gas som hålls ihop av gravitationskraften. Det mest kända examplet är vår egen galax Vintergatan, som en stjärnklar natt kan ses som ett ljust band på himlen. Sedan 1920-talet känner vi till att det också finns andra galaxer i Universum. Vissa av dessa galaxer sänder ut extremt mycket värmestrålning, motsvarande strålningen från mer än hundra miljarder solar. Denna värmestrålning kommer från stora mängder varmt stoft som finns i galaxerna. Anledningen till att stoftet är varmt är att det blockerar och värms upp av strålning från galaxens inre.

I de galaxer som den här avhandlingen fokuserar på sker det här inom ett i sammanhanget väldigt litet område, motsvarande ungefär tio gånger avståndet mellan solen och vår närmaste stjärna. Eftersom väldigt mycket gas och stoft är samlat inom denna lilla volym döljs dessa galaxers inre väldigt effektivt, och det är därför svårt att avgöra vad det är som driver dem. Vad vi vet är att det antingen är unga stjärnor som lyser väldigt starkt eller en så kallad aktiv galaxkärna som får sin energi genom att stora mängder gas faller ner i ett supertungt svart hål i galaxens centrum. Att avgöra vilket av dessa alternativ som dominerar är viktigt eftersom den här typen av objekt verkar befinna sig i en tidig fas av sin utveckling. De erbjuder därmed en möjlighet att studera varför mer mogna galaxer ser ut som de gör. Det är till exempel möjligt att de döljer extremt snabbväxande svarta hål, och de kan i så fall vara en nyckel till att förstå hur de supertunga svarta hål som finns i centrum av många galaxer har utvecklats. Stora ansamlingar av unga stjärnor och aktiva galaxkärnor driver dessutom enorma "vindar" av gas och stoft. Dessa vindar (eller utflöden) är mycket viktiga för galaxers utveckling och att de kan föra med sig stora mängder molekyler ut ur galaxer är en ny upptäckt.

I den första delen av avhandlingen använder vi observationer av strålning från molekyler, till exempel vatten, som finns inbakade i det skymmande stoftmolnet. Molekylerna och deras strålning påverkas då av de förutsättningar som råder där. Genom att studera hur olika molekyler strålar eller blockerar bakomliggande strålning går det alltså att dra slutsatser om, till exempel, vilken temperatur och täthet stoftet och gasen har. I den andra delen av avhandlingen utnyttjar vi det faktum att stoftet blockerar olika typer av strålning olika effektivt. Vi använder då molekyler som avger strålning som lättare kan ta sig genom stoftmolnet. Målet med detta är att hitta en metod för att mer direkt kunna se vad som pågår i galaxkärnornas inre.