2022 3月 19 By binance币安怎么注册下载 0 comment
  • 林彦兴|EASY 天文地科小站主编、清大天文所硕士生,努力在阴沟中仰望繁星

2022 年 1 月底,两位天文学家在顶尖科学期刊《自然》发表的论文中,宣布他们发现矮星系「Henize 2-10」中的超大质量黑洞,触发了一批新恒星的诞生。可是,我们印象中的黑洞不是会以极强的重力撕碎、吞噬周遭一切的吗?怎麽这样毁灭性的天体,居然还能诞生新的恒星?今天就让我们来一探究竟!

黑洞:宇宙灯塔核心

多数人对黑洞的印象,大概是一个拥有强大重力、会撕碎与吞噬一切的纯黑球体。由於连光也无法逃离它的魔爪,因此黑洞总是隐身在宇宙黑暗的背景中难以观测。

这样的图象虽然大致正确,却不是事情的全貌。黑洞确实会以它强大的重力吃进物质,天文学家也确实相信茫茫星海中,有许多难以观测的黑洞漫步其中。但是被黑洞重力捕获的物质,往往不会直直地朝黑洞落去,而是会在黑洞周遭形成一个旋转的盘状构造,称为「吸积盘 Accretion Disk」。

在吸积盘上,物质之间不断的碰撞、摩擦、缓缓向黑洞靠近,在过程中将重力位能转化为动能、热能、磁能等各式各样的能量形式,并释放出横跨伽玛射线到无线电波的电磁辐射。在许多系统中,还可以观测到物质快速的从黑洞附近喷出,通常速度较慢(约每秒数百至数千公里)者通常称为「外流 Outflow」,速度较快(接近光速)者则称为「喷流 Jet」。

黑洞产生的辐射、喷流与外流,不仅让我们能够用各式各样的观测手段去寻找和研究黑洞,它们同时也会对黑洞所在的环境产生影响。

尤其当身处星系中心、质量是太阳数百万倍以上的「超大质量黑洞 SMBH」们在大快朵颐周遭的气体时,能够以太阳数百万倍、甚至数千亿倍以上的功率释放能量,成为宇宙中最明亮的天体。

如此庞大的能量,足以影响整个星系乃至於星系团的演化。它可能促进星系中恒星的形成,为星系带来新生;或者是抑制星系中恒星的形成,让星系变得死气沉沉。另一方面,星系中恒星的形成、超新星爆炸等其他现象,也会决定有多少气体能够流到位於星系中心的黑洞上,从而影响黑洞的成长。

超大质量黑洞与星系之间互相影响、共同演化的机制,统称为「活跃星系核回馈 AGN Feedback」,是当代天文物理非常重要的研究领域。

过去 20 多年的无数理论与观测成果,让天文学家相信活跃星系核回馈确实对星系的演化有重要的影响。但是具体是怎麽影响?影响多大?目前仍没有明确的结论,甚至连直接的观测证据都十分稀少。因此,天文学家迫切的想要找到更多活跃星系核回馈的直接证据,了解黑洞究竟是怎麽与星系一同成长。

瞄准目标:矮星系 Henize 2-10

在这个研究中,天文学家锁定位在罗盘座(Pyxis)、距离地球约 3400 万光年的矮星系「Henize 2-10」。过去其他天文学家以无线电与 X 射线观测的结果显示,这个星系中心可能有一个正在进食的超大质量黑洞,因此是寻找活跃星系核回馈证据的绝佳场所。

为了得到高解析度的影像,天文学家使用哈伯太空望远镜仔细的研究星系中心的影像与光谱,发现在星系的中心有一道长约 500 光年、由游离气体组成的纤维状结构,源自星系中心的超大质量黑洞喷出的外流。而黑洞东方(图中的左手边)约 230 光年外,有一片正在形成许多新恒星的区域(称为恒星形成区),与外流相连。

天文学家仔细分析星系的光谱後,认为黑洞的外流正是催生这片恒星形成区的幕後推手。因为外流推挤、压缩了星系中的气体,增加了气体的密度,才进一步激发了这批新恒星的形成。对研究黑洞与活跃星系核的天文学家来说,这无疑是一次振奋人心的发现!

结语:万里长征的一小步

黑洞不只是能够吞噬一切的引力怪兽。它在囫囵吞枣的过程中,其实可以释放出巨大的能量。尤其是位於星系中心的超大质量黑洞们,它们产出的能量之庞大,甚至能够影响整个星系的演化,称为活跃星系核回馈。但是怎麽影响?影响多大?天文学家们仍在积极的研究。

这次在 Henize 2-10 星系中观测到的黑洞外流与其激发的恒星形成,是活跃星系核回馈相当重要的直接证据。未来,天文学家将继续在更多的星系中,寻找黑洞与星系互动的蛛丝马迹,直到揭开活跃星系核回馈的神秘面纱。

参考资料

  • Black-hole-triggered star formation in the dwarf galaxy Henize 2-10 – NASA/ADS
  • Dr. Becky: A supermassive black hole FORMING new stars! | Positive and negative black hole feedback
  • Reviewing Fantastic Beasts: AGN Feedback in Galaxies and Clusters | astrobites
  • Observational Evidence of Active Galactic Nuclei Feedback – NASA/ADS
  • Hubble finds a black hole igniting star formation in a dwarf galaxy
  • 出事了哈伯!细数哈伯太空望远镜31 年来的维修升级史

 

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