新ALMA觀測揭示共同演化黑洞的奧秘

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】使用阿塔卡瑪大型毫米波/亞毫米波陣列(ALMA)觀察一個活躍的星系與強烈的電離氣體流出銀河系中心,博士領導的研究小組Yoshiki多巴中央研究院天文和天體物理學研究所獲得的結果顯然讓天文學家更百思不得其解的團隊發現一氧化碳(CO)氣體與銀盤相關聯，但他們也發現銀河系落定的CO氣體不受強烈的電離氣體流出影響發射的銀河中心。根據一個解釋星系和超大質量黑洞的形成和演化的流行場景，星系中心的輻射——超大質量黑洞的位置——可以顯著影響分子氣體(如CO)和星系的恆星形成活動。

圖1：DOG的圖像，WISE1029。左邊和右邊的面板顯示了來自斯隆數字天空測量(SDSS)的光學圖像，以及來自WISE的中紅外圖像。圖像大小為30平方角秒(1角秒為1/3600度)。很明顯在光學中是微弱的，但是在紅外線中是非常明亮的，SDSS譜表明強電離氣體從WISE1029向我們流動。圖片版權：Sloan Digital Sky Survey/NASA/JPL-Caltech

阿爾瑪的結果表明：電離氣體流出的超大質量黑洞並不影響其宿主星系，「它使星系的演化和超大質量黑洞更令人費解，下一步是尋找更多的數據這樣的星系。這對於理解星系的形成和演化以及超大質量黑洞的完整圖景是至關重要的。回答《星系在宇宙138億年歷史中是如何形成和演化的?》這一問題一直是現代天文學的首要問題。研究已經表明，幾乎所有的大型星系都有一個超大質量黑洞在其中心。在最近的研究中，研究進一步揭示了黑洞的質量與它們的宿主星繫緊密相關。這種相關性表明，超大質量黑洞和它們的宿主星系在成長過程中相互作用，相互作用，也被稱為星系和超大質量黑洞的共同演化。

最近星系中心一個超大質量黑洞所驅動的氣體流已經成為人們關注的焦點，因為它可能在星系和黑洞的共同演化過程中起著關鍵作用。一種被廣泛接受的觀點將這種現象描述為:來自銀河中心的強烈輻射，其中超大質量的黑洞定位周圍的氣體，甚至影響到形成恆星的分子氣體，強輻射會激活或抑制星系的恆星形成。然而Ehime大學教授Tohru Nagao說：天文學家並不了解超大質量黑洞的活動與星系中恆星形成之間的真實關係。因此包括我們在內的許多天文學家都渴望觀察到核流出和恆星形成活動之間相互作用的真實場景，以揭示共同演化的奧秘。

圖2：阿爾瑪觀察到的WISE1029中一氧化碳(左)和寒塵(右)的排放，圖像大小為3平方角秒。圖片版權：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Toba et al

該團隊專註於一種特殊類型的物體，稱為塵埃遮蔽星系(DOG)，它有一個突出的特點：儘管在可見光下非常微弱，但它在紅外光譜中非常明亮（圖1）。天文學家們相信在星系核中活躍著超大質量的黑洞。特別地WISE1029+0501，此後WISE1029)是由超大質量黑洞的強輻射電離出的氣體。WISE1029被認為是一種極端的電離氣體流出，這一特殊的因素促使研究人員看到它的分子氣體發生了什麼變化。

利用阿爾瑪的傑出敏感研究分子氣體的性質和在星系的恆星形成活動，團隊進行他們的研究通過觀察公司的冷塵埃星系WISE1029(圖2)。詳細分析後令人吃驚的是他們發現,沒有重要的分子氣體流出的跡象。此外恆星形成活動既不被激活也不被抑制。這表明在WISE1029的超大質量黑洞中產生的強電離氣體流出對周圍的分子氣體和恆星形成都沒有明顯的影響。

圖3：由中央特大質量黑洞驅動的電離氣體流出(綠色)的原理圖，並不影響其宿主星系的恆星形成。如果電離氣體垂直於分子氣體，就會發生這種情況。圖片版權：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO

有很多報道說，超大質量黑洞的吸積能力所驅動的電離氣體的流出對周圍的分子氣體有很大的影響。然而這是一個非常罕見的情況，因為研究人員這次報告的是離子化和分子氣體之間沒有緊密的相互作用。Yoshiki和該團隊的研究結果表明，超大質量黑洞的輻射並不總是影響其宿主星系的分子氣體和恆星形成。雖然他們的研究結果讓星系和超大質量黑洞的共同進化變得更加令人費解，但吉奇和他的團隊卻對揭示這一情景的全貌感到興奮。理解這種共同進化對於天文學來說是至關重要的。通過收集這類星系的統計數據，並繼續使用阿爾瑪的後續觀察揭示真相。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：天體物理期刊

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：ALMA

編譯：中子星

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

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