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中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)天文學(xué)系活動(dòng)星系研究團(tuán)隊(duì)與廣西民族大學(xué)，北京大學(xué)，南京大學(xué)等合作單位研究人員首次探測(cè)到活動(dòng)星系演化進(jìn)程中恒星形成率的反彈現(xiàn)象。論文于2022年1月14日在線發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《自然-天文學(xué)》（Nature Astronomy）上。

星系是宇宙的基本單元，如同人類(lèi)的細(xì)胞之于人類(lèi)本身。星系形成和演化過(guò)程是理解宇宙演化歷史和限制宇宙學(xué)參數(shù)的關(guān)鍵之一?；诶浒滴镔|(zhì)的理論預(yù)言的星系質(zhì)量分布與觀測(cè)相比，在小質(zhì)量和大質(zhì)量端均有超出。許多數(shù)值模擬的結(jié)果顯示小質(zhì)量端需要超新星的反饋而大質(zhì)量端則需要有巨型黑洞驅(qū)動(dòng)的活動(dòng)星系核反饋來(lái)調(diào)節(jié)理論與觀測(cè)之間的差異。

圖1：理論與觀測(cè)的星系質(zhì)量分布存在差異

活動(dòng)星系中心超大質(zhì)量黑洞驅(qū)動(dòng)的外流氣體將質(zhì)量,角動(dòng)量以及能量從星系核區(qū)攜帶至寄主星系中, 是連接星系核區(qū)和寄主星系的紐帶，因而被認(rèn)為是活動(dòng)星系核反饋的主要形式之一。但是外流的反饋是否有效，如有效，其反饋是正還是負(fù)目前依然是天文學(xué)和宇宙學(xué)領(lǐng)域中最受關(guān)注的爭(zhēng)議之一。

在此前對(duì)外流物理性質(zhì)的研究中，我系王挺貴教授，劉桂琳教授研究組特任副研究員何志成博士發(fā)展一種用光變測(cè)量外流物理參數(shù)的全新方法，并利用斯隆大樣本巡天數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)大部分高速外流尺度在數(shù)十光年以上，并且有足夠的能量影響星系的演化（該工作于2019年1月發(fā)表于《自然-天文學(xué)》）。繼該工作后，何志成便著眼于尋找外流對(duì)星系演化是否產(chǎn)生反饋的觀測(cè)證據(jù)。

根據(jù)活動(dòng)星系外流產(chǎn)生的光譜特征，可將活動(dòng)性星系分為三種基本類(lèi)型：低電離寬吸收線，高電離寬吸收線，無(wú)寬吸收線活動(dòng)星系。從時(shí)間演化角度來(lái)看，三種類(lèi)型代表了不同的活動(dòng)星系演化時(shí)期。因此比較三種類(lèi)型活動(dòng)星系的恒星形成率的差異或許能找出外流對(duì)星系演化反饋?zhàn)饔玫木€索。研究人員利用

圖2:首次探測(cè)到活動(dòng)星系演化進(jìn)程中恒星形成率的反彈現(xiàn)象。

斯隆巡天最新釋放的數(shù)據(jù)，組建成上述三種類(lèi)型的活動(dòng)星系樣本。研究人員發(fā)現(xiàn)恒星形成率從低電離吸收線至高電離吸收線時(shí)期，恒星形成率出現(xiàn)下降，隨后從高電離吸收線到無(wú)吸收線時(shí)期恒星形成率出現(xiàn)反彈。研究人員建立如圖3的演化模型解釋以上的觀測(cè)現(xiàn)象。

圖3：活動(dòng)星系及其恒星形成的演化圖景。

在活動(dòng)星系早期，星系中心超大質(zhì)量黑洞-吸積盤(pán)被濃厚的塵埃包裹，但此時(shí)星系中心黑洞已經(jīng)驅(qū)動(dòng)塵埃和氣體產(chǎn)生非常強(qiáng)烈的外流。因此這個(gè)階段在光譜上表現(xiàn)為：光譜因塵埃消光會(huì)很紅，同時(shí)存在明顯的低電離的藍(lán)移吸收線。這個(gè)時(shí)期星系中有大量的塵埃和氣體，并且外流僅存在于星系中心小尺度上，對(duì)恒星形成還未有影響。因而這個(gè)時(shí)期有著非常劇烈的恒星形成。根據(jù)這個(gè)類(lèi)型的源比例可以大約推測(cè)，這個(gè)階段的維持時(shí)間一般不超過(guò)百萬(wàn)年。隨著時(shí)間的演化，外流尺度在增加，并且沖出塵埃的包裹，到達(dá)星系尺度，塵埃消光減弱，光譜變藍(lán)，同時(shí)外流氣體電離度提高。因而在光譜上表現(xiàn)為低電離吸收線消失，僅表現(xiàn)為高電離吸收線。這個(gè)時(shí)期外流對(duì)恒星形成產(chǎn)生顯著的壓制作用。根據(jù)這個(gè)類(lèi)型的源比例可以大約推測(cè)，這個(gè)階段的維持時(shí)間一般超過(guò)千萬(wàn)年的時(shí)標(biāo)。值得一提的是典型的大質(zhì)量O型星的典型壽命約為數(shù)百萬(wàn)年。因此在這個(gè)時(shí)期，我們看到恒星形成率的顯著下降在時(shí)標(biāo)上是自洽的。隨著塵埃和氣體含量的減弱，外流逐漸減弱，外流對(duì)恒星形成的壓制作用也在減弱，因而會(huì)出現(xiàn)恒星形成的反彈現(xiàn)象。該觀測(cè)結(jié)果表明外流對(duì)星系的恒星形成存在著全局性的壓制作用。

論文的第一作者為廣西民族大學(xué)陳志福副研究員。論文的通訊作者為中國(guó)科大特任副研究員何志成。其他主要的合作者包括北京大學(xué)科維理天文研究所何子山教授，莊明陽(yáng)博士，南京大學(xué)天文與空間學(xué)院顧秋生教授，中國(guó)科大天文系王挺貴教授和劉桂琳教授。本項(xiàng)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金，中國(guó)科大青年創(chuàng)新重點(diǎn)基金等資助。

文章地址鏈接：https://www.nature.com/articles/s41550-021-01561-3

（物理學(xué)院、科研部）