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一旦“猝滅”機(jī)制發(fā)生，將能抑制黑洞本身的吸積，阻止恒星形成！

2020-08-29 21:06 作者:博科園 0人讀過(guò) | 我要投稿

研究恒星形成如何隨宇宙時(shí)間演變的天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，靜止星系（沒(méi)有產(chǎn)生很多新恒星的星系）經(jīng)常有活躍的星系核。這些活動(dòng)星系核將物質(zhì)附著在熱的環(huán)核圓盤(pán)上，所產(chǎn)生的能量以輻射爆發(fā)的形式釋放，或者以接近光速運(yùn)動(dòng)的粒子射流形式釋放。

天文學(xué)家懷疑這些爆發(fā)驅(qū)動(dòng)氣體外流超過(guò)數(shù)千光年，在一種稱(chēng)為猝滅的過(guò)程中破壞和分散潛在的恒星形成物質(zhì)。

此外，猝滅機(jī)制是一種自限機(jī)制，因?yàn)樯⒆罱K抑制了氣體對(duì)黑洞本身的吸積。然而，還有其他提出的猝滅機(jī)制：恒星形成過(guò)程中產(chǎn)生的超新星可能是原因（或者至少是一個(gè)重要的貢獻(xiàn)者），就像強(qiáng)大的恒星風(fēng)一樣。因此，驗(yàn)證這些不同的可能是星系研究的一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)。CFA天文學(xué)家Bryan Terrazas、Rainer Weinberger和Lars Hernquist及其同事使用名為IllustrisTNG的大規(guī)模流體動(dòng)力學(xué)模擬來(lái)追蹤星系及其黑洞的演化。

特別是研究黑洞反饋和恒星形成抑制之間的相關(guān)性，盡管天文學(xué)家對(duì)黑洞吸積的細(xì)節(jié)仍然只有粗略了解，但該模型能讓科學(xué)家改變模擬的許多輸入?yún)?shù)，以測(cè)試一系列替代方案。天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)黑洞吸積風(fēng)中的能量，大于氣體中的引力能時(shí)，局部宇宙中恒星質(zhì)量超過(guò)1.6億個(gè)億的星系，確實(shí)會(huì)傾向于熄滅恒星的產(chǎn)生，而且當(dāng)超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量超過(guò)大約100個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量時(shí)，這種情況就會(huì)發(fā)生，其研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》上。

這個(gè)數(shù)值似乎描繪得相當(dāng)清晰：90%的小黑洞星系正在活躍地恒星形成，90%的大黑洞星系是靜止的。然后，研究小組將模擬結(jié)果與91個(gè)星系的觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)總體上是一致的；然而，觀測(cè)結(jié)果顯示的行為范圍要大得多。超大質(zhì)量黑洞反饋被認(rèn)為是很大一部分星系缺乏恒星形成或靜止的原因。在星系形成模型中，研究探索了比恒星形成率(SSFR)、恒星質(zhì)量(Mstar)和黑洞質(zhì)量(MBH)之間可觀測(cè)關(guān)聯(lián)是如何對(duì)黑洞反饋物理敏感的。

研究的TNG100模擬和改變黑洞模型參數(shù)的10個(gè)模型變體，以z=0，Mstar>1010M⊙的中心星系為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)臀e率下黑洞動(dòng)能的能量大于星系星體半徑內(nèi)氣體的引力結(jié)合能時(shí)，該星系的恒星形成率減小。這發(fā)生在一個(gè)特定的黑洞質(zhì)量閾值上，超過(guò)這個(gè)閾值，星系就會(huì)從主要是恒星形成的星系，急劇轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕庆o止的星系。

作為這一行為的結(jié)果是，靜止星系的比例作為恒星質(zhì)量的函數(shù)對(duì)黑洞質(zhì)量-恒星質(zhì)量關(guān)系的歸一化和IllustrisTNG中靜止黑洞質(zhì)量閾值都很敏感。研究將這些模型的結(jié)果與91個(gè)中心星系動(dòng)態(tài)黑洞質(zhì)量觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行了比較，但需要注意的是，這個(gè)樣本并不能代表整個(gè)星系群。雖然IllustrisTNG再現(xiàn)了觀測(cè)到的靜止星系擁有更多質(zhì)量黑洞的趨勢(shì)，但觀測(cè)結(jié)果顯示，在給定的恒星質(zhì)量處，黑洞質(zhì)量的散射范圍更廣，并且隨著黑洞質(zhì)量的增加，恒星形成率下降得更平穩(wěn)。