來(lái)自歐洲航天局XMM-牛頓x射線天文臺(tái)（XMM-牛頓衛(wèi)星）的數(shù)據(jù)揭示了超大質(zhì)量黑洞，是如何在橫掃星際物質(zhì)的強(qiáng)風(fēng)作用下形成宿主星系。

在一項(xiàng)新研究中，科學(xué)家們分析了XMM-牛頓衛(wèi)星對(duì)活躍星系PG 1114+445核心黑洞長(zhǎng)達(dá)8年的觀測(cè)，展示了超快的黑洞風(fēng)（從離黑洞非常近的吸積盤(pán)釋放出的氣體）如何與星系中心的星際物質(zhì)相互作用。這些噴流以前也被發(fā)現(xiàn)過(guò)，但新研究首次明確指出了它們與宿主星系相互作用的三個(gè)階段。

意大利米蘭國(guó)家天體物理研究所的首席研究員羅伯托·塞拉菲內(nèi)利說(shuō)：這些風(fēng)可能解釋了一些科學(xué)家多年來(lái)已經(jīng)知道，但無(wú)法解釋的關(guān)聯(lián)。例如，發(fā)現(xiàn)超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量與其宿主星系內(nèi)部恒星速度色散之間存在相關(guān)性。但這絕不可能是由于黑洞的引力作用，研究首次表明，這些黑洞風(fēng)如何在更大范圍內(nèi)影響星系，可能提供了缺失的環(huán)節(jié)。天文學(xué)家先前已經(jīng)在活動(dòng)星系核(已知包含超大質(zhì)量黑洞的星系致密中心區(qū)域)發(fā)出的x射線光譜中發(fā)現(xiàn)了兩種類(lèi)型外流。

即所謂的超高速流出物(ufo)，由高度電離的氣體構(gòu)成，其速度可達(dá)光速的40%，在中心黑洞附近可以觀測(cè)到。較慢的外流，被稱(chēng)為熱吸收體，以較低速度以數(shù)百公里/秒的速度傳播，并具有與周?chē)请H物質(zhì)類(lèi)似的物理特性，如粒子密度和電離。這些較慢的外流更有可能在距離星系中心較遠(yuǎn)地方被探測(cè)到。在這項(xiàng)新研究中，科學(xué)家們描述了第三種結(jié)合了前兩種特征的流出物：超高速流出物的速度和熱吸收體的物理特性。

這就是超高速流出物接觸星際物質(zhì)并像掃雪機(jī)一樣把它掃走的時(shí)刻。天文學(xué)家稱(chēng)之為‘夾帶的超高速流出’，因?yàn)楝F(xiàn)階段的超高速流出物正在穿透星際物質(zhì)，這就像風(fēng)把船吹到海里一樣。這一過(guò)程發(fā)生在距離黑洞數(shù)十至數(shù)百光年的地方，超高速流出物逐漸將星際物質(zhì)推離星系中心，使其遠(yuǎn)離氣體，并減緩超大質(zhì)量黑洞周?chē)镔|(zhì)的增長(zhǎng)。雖然模型之前已經(jīng)預(yù)測(cè)了這種類(lèi)型的相互作用，但目前的研究是第一個(gè)提出三個(gè)階段的實(shí)際觀測(cè)結(jié)果。

羅馬托爾維加塔大學(xué)和美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心的合著者弗朗西斯科·湯貝西說(shuō)：說(shuō)在XMM-牛頓衛(wèi)星數(shù)據(jù)中，可以看到距離星系中心更大距離的物質(zhì)，這些物質(zhì)還沒(méi)有受到內(nèi)超高速流出物的干擾，還可以看到離黑洞更近的云，離星系的核心更近，在那里超高速流出物開(kāi)始與星際物質(zhì)相互作用。第一次相互作用發(fā)生在超高速流出物離開(kāi)黑洞多年之后，但是超高速流出物的能量，使這個(gè)相對(duì)較小的黑洞能夠撞擊遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其引力范圍的物質(zhì)。

超大質(zhì)量黑洞通過(guò)這些流出物將能量轉(zhuǎn)移到周?chē)h(huán)境中，并逐漸將星系中心區(qū)域從氣體中清除出去，從而阻止恒星的形成。事實(shí)上，今天星系產(chǎn)生恒星的頻率遠(yuǎn)低于演化早期階段的頻率。這是第六次發(fā)現(xiàn)這些超高速流出物流出，這都是非常新的科學(xué)。這些流出階段之前已經(jīng)被單獨(dú)觀察到，但直到現(xiàn)在它們之間的聯(lián)系還不清楚。XMM-牛頓衛(wèi)星前所未有的能量分辨率，是區(qū)分與這三種外流相對(duì)應(yīng)的三種特征關(guān)鍵。

在未來(lái)，有了新的更強(qiáng)大太空望遠(yuǎn)鏡，如歐洲航天局高級(jí)高能天體物理學(xué)望遠(yuǎn)鏡雅典娜，天文學(xué)家將能夠觀察到成千上萬(wàn)個(gè)超大質(zhì)量黑洞，更容易探測(cè)到這種外流。雅典娜將比XMM-牛頓敏感100多倍，計(jì)劃在本世紀(jì)30年代初發(fā)射。歐洲航天局的xmm -牛頓項(xiàng)目科學(xué)家Norbert Schartel說(shuō)：找到一個(gè)來(lái)源是很好的，但是知道這種現(xiàn)象在宇宙中很常見(jiàn)，這將是一個(gè)真正的突破。未來(lái)更多數(shù)據(jù)將有助于解開(kāi)超大質(zhì)量黑洞和宿主星系之間復(fù)雜相互作用的細(xì)節(jié)，并解釋天文學(xué)家觀測(cè)到數(shù)十億年來(lái)恒星形成的減少。

博科園｜研究/來(lái)自：歐洲航天局

參考期刊《天文學(xué)和天體物理學(xué)》

DOI: 10.1051/0004-6361/201935275

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