Grad Highlights - Solveig Thomson

The main panel shows the M59/M60 complex in the Virgo galaxy cluster with the location of UCD736 and other supermassive black hole hosting UCDs. The cutout shows a close-up of UCD736, located between M59 and M60. The top right panel is a Hubble Space Telescope imaging while the bottom right panel is the integrated white image from the Near Infrared Spectrograph integral field unit instrument on the James Webb Space Telescope. Français: Le panneau principal montre le complexe M59/M60 dans l'amas de galaxies de la Vierge avec la position d'UCD736 et d'autres trous noirs supermassifs faisant parti d'UCD. L'encart montre un agrandissement d'UCD736, situé entre M59 et M60. Le panneau en haut à droite montre une image prise par le télescope spatial Hubble, et le panneau en bas à droite est l'image en lumière blanche du télescope spatial James Webb, obtenue avec l'unité à champ intégral (IFU) du spectrographe proche infrarouge (NIRSpec).

Solveig Thompson is a third-year PhD student at the University of Calgary, working with Dr. Matt Taylor. Using data from the James Webb Space Telescope, she studies compact stellar systems and their evolution using central black holes. The mass of a central black hole in a galaxy is closely tied to the overall mass of the host, where larger galaxies have proportionally more massive black holes than lower mass galaxies. An overmassive black hole in a compact stellar system indicates that that system was once a much larger galaxy that has had most of its stars stripped away. This stripping frequently occurs in galaxy clusters containing up to hundreds of massive galaxies and thousands of dwarf galaxies. Through gravitational interactions with massive galaxies, dwarfs will lose the bulk of their stars, shrinking in size until only a dense cluster of stars remains.

In her Master’s, Solveig studied the smallest known types of galaxies: ultra-compact dwarf galaxies (UCDs) and the final stage of this stripping pathway. These dense stellar systems blur the line between massive star clusters and stripped dwarf galaxies, and a key indicator that a UCD formed through stripping is the presence of a central black hole. A two million solar mass black hole comprising roughly 8% of the galaxy’s mass was found in UCD736 by Solveig and collaborators (paper linked here https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae028e#apjlae028es5). This detection marks the sixth ever detection of a black hole in a UCD and is the smallest, faintest, and least massive UCD to host a massive central black hole to date.

In her PhD Solveig is now investigating systems that are the precursors to UCDs. Recent work by K. Wang et al. (2023) found a full evolutionary sequence that transforms dwarf galaxies to UCDs. Objects at every stage of this process should retain characteristics of the progenitor galaxy, including black hole mass.

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Solveig Thompson est une étudiante en troisième année de doctorat à l'Université de Calgary, elle travaille avec Dr. Matt Taylor. En utilisant des observations du télescope spatial James Webb, elle étudie les systèmes stellaires compacts et leur évolution au travers de leur trou noir central. La masse du trou noir central d'une galaxie est intimement liée à la masse totale de la galaxie qu'il occupe, où les plus grandes galaxies ont plus de trous noirs massifs que d'autres galaxies moins massives. Un trou noir excessivement massif dans un système stellaire compact indique que le système en question était, jadis, dans une galaxie beaucoup plus grande qui a maintenant perdu la majorité de ses étoiles. Ce dépouillement est fréquent dans des amas de galaxies qui peuvent contenir des centaines de galaxies massives et des milliers de galaxies naines. Au travers d'interactions gravitationnelles avec des galaxies massives, les galaxies naines perderont la majorité de leurs étoiles, devenant de plus en plus petites, jusqu'à ce qu'il ne reste qu'un amas dense d'étoiles.

Pendant sa maîtrise, Solveig a étudié le plus petit type de galaxies connu: les galaxies naines ultra-compactes (UCD; de l'anglais «ultra-compact dwarf galaxies») et les stades finaux de leur mécanisme de dépouillement. Ces systèmes stellaires denses brouillent la ligne entre les amas massifs d'étoiles et les galaxies naines dépouillées. Un indicateur clé qu'une UCD fut formée par dépouillement est la présence d'un trou noir central. Un trou noir de deux millions de masses solaires soit, environ 8 % la masse de la galaxie, fut trouvé dans UCD736 par Solveig et ses collaborateurs (lien vers l'article ici: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae028e#apjlae028es5). C'est seulement la sixième détection d'un trou noir dans une UCD, et c'est la plus petite, la moins lumineuse et la UCD la moins massive à avoir un trou noir massif central à ce jour.

Pour son doctorat, Solveig étudie maintenant les systèmes précurseurs des UCD. Un article récent de K. Wang et al. (2023) a trouvé une séquence complète d'évolution qui transforme les galaxies naines en UCD. À chaque stage de ce processus, les objets devraient avoir gardés des caractéristiques de la galaxie progénitrice, incluant la masse du trou noir.