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罕見星系中的冷氣供應,寒冷的類星體仍然可以誕生新星?

達到太陽質量十億倍的類星體,是由黑洞驅動的遙遠物體。明亮又閃耀的類星體,遮蔽了包含它們的古代星系。充滿活力的它們可以清除銀河系中心的氣體和塵埃,並其推向了該範圍以外的區域。於是,沒有了任何氣體和灰塵可以建造新星。

寒冷的類星體是否可以誕生新星

一般情況下,建立類星體都是宇宙中最明亮的物體類型,但這也意味著星系中恆星的形成結束。但是現在,科學家們表示即使在類星體切斷氣體供應之後,某些星系仍然可能會產生新星,這個時間期限比之前預期的更長一些。

科學家們通過觀測資料的收集分析(XMM-牛頓望遠鏡),甚至懷疑在所有類型的星系中,都有可能出現晚期的意外恆星形成,並且,正在進行的研究,也揭示了這些星系生命故事中的那些曇花一現。研究團隊的下一步,將是嘗試確定:是否只有某些類型的星系,在其生命的最後階段保留冷氣,即它是否發生在所有星系中。

為什麼宇宙中最亮的物體是類星體

研究太空中的物體就像「時間的機器」一樣,因為這場旅行需在很短的時間內完成,而大多數類星體已被發現數十億光年; 在數十億年之前,我們可以看到光線離開時的物體。因此,當科學家們看得越遠,他們就可以看到更遠的時間。

在銀河系的早期生命中,有2000多種已知的類星體存在,比如像銀河系這樣的星系,也可能曾經有過一個長期沉默的類星體。因為類星體會發射數百萬、乃至數十億,甚至數萬億電子伏特的能量。而這種能量超過星系內所有恆星的總光,並以比銀河系亮10到10萬次隨時隨地閃耀。

類星體發射出的能量,是我們銀河系整個能量輸出的數百、甚至數千倍,所以它們成為整個宇宙中最明亮、且最有活力的天體。研究類星體一直是一個挑戰,因為它們與超大質量黑洞難以測量的質量有關。所以,關於它的研究,對於理解早期宇宙而言也至關重要。

類星體標誌星系已老化而非恆星形成

首席研究員Allison Kirkpatrick(堪薩斯大學的天體物理學家)表示,在X射線和遠紅外光譜的研究中,她和同事們發現了幾個有趣的類星體,找到了這種曾不為人知的獨特過渡制度。這是類星體有一個特殊的階段,那就是嚴重籠罩的塵埃模糊階段,這些塵埃都圍繞著超大質量的黑洞。

為什麼科學家有一個既定前提:類星體標誌著星系已經老化、而不是恆星形成?Allison Kirkpatrick將新的物體成為冷類星體,當物質落入星系中心的超大質量黑洞,隨後會形成准恆星無線電源或類星體。但由於磁碟拋棄了大量的電磁能量,所以往往黑洞看上去比銀河系更閃亮。

當氣體周圍的磁場發生扭曲的時候,正是催化氣體達到接近光速之時。材料射流足以穿過那些已經扭曲的場線,導致星系的氣體供應被扼殺,並阻止了更多的氣體落到它上面。當沒有氣體的存在,銀河系便無法形成新的恆星,演變成了一個被動的死星系。

從准恆星射電源到一個類星體的發現

幾十年後,無線電天文學家注意到一種現象:有許多起源是謎的無線電發射源點綴著天空。直到光學望遠鏡可以鎖定其中一個目標,只是一個光點的它最初看起來像是一顆恆星,但它的光譜是關閉的。但深入紅色就意味著,有令人難以置信的快速移動和對象的遙遠。所以,不是我們銀河系中的一顆恆星,而是一種幾乎不可能遙遠的東西,並擁有幾乎不可能的光明。

這種看起來像星星的無線電源,最後被稱為準恆星射電源,即後來的類星體。一個類星體會擁有一個塵土飛揚的吸積盤,並釋放出強烈的輻射。吸積盤是一個瘋狂的地方,充滿扭曲和旋轉的磁場線。這個吸積盤也適用於發電機動作,可以放大磁場、且遠遠超出其正常幅度。在某些情況下,磁場還會扭曲並纏繞在黑洞周圍,在最後一刻,將氣體從事件視界中漏出,並將其從兩條長而細的溪流中竄出,從黑洞中爆炸出來。這些噴射可以延伸數萬光年,將物質投射到主星系本身的範圍之外。

罕見星系中意想不到的冷氣供應

因為質疑彙集在一起的數據,Allison Kirkpatrick和同事們開始了一場探索之旅,當「斯隆數字巡天」(Sloan Digital Sky Survey)中發現了幾個有趣的類星體,最詳細的宇宙數字地圖便產生了。科學家結合這些數據來源之後,得出的調查顯示:大約10%的具有增生超大質量黑洞的星系,仍然保持著冷氣體的供應,並製造出新的恆星。

隨後便使用了其他儀器的數據,從可以探測到X射線的XMM-Newton望遠鏡(黑洞不斷增長的關鍵特徵),到可以探測宿主星系中塵埃和氣體的赫歇爾太空望遠鏡(遠紅外儀器)。像左圖這樣的光學藍色類星體,不應該有紅外發射。然而,右圖遠紅外線中的同一個星系,顯示出驚人的塵埃量。

科學家們的研究對象也運行了銀河系類型,比如擁有明顯的旋臂、或部分非常緊湊,更有一些顯示出了和另一星系合併的跡象,而它們都保持著冷氣供應,這個結果本身就是一個令人驚訝的發現。處於過渡階段的他們都很罕見,研究人員在星系形成之前就捕獲了他們,預估這個階段持續時間大約為1000萬年,所以,在宇宙138億年的時間軸上,這就像是眨眼的一瞬間。

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