超大質量黑洞是扼殺星系新生恆星的兇手,科學家找到證據了

作者 | 發布日期 2018 年 01 月 03 日 12:24 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 follow us in feedly

宇宙星系就和我們一樣,年輕時非常活躍,從塵埃攪動中不斷生成新星,但隨著年齡增長,最終平靜得再也生不出恆星。過去的模型假設,造成星系「猝熄」的原因可能是中心超大質量黑洞在搞鬼,最近天文學家首次觀察到這項證據,並指出黑洞的質量還會直接影響星系猝滅的速度。



每個超大質量星系的中心都有個比太陽質量大上百萬倍的超大質量黑洞,能激發活躍星系核(AGN)的能量輻射,以銀河系為例,人馬座 A*(Sagittarius A*,* 讀做「星」)就是位於銀河系中心一個非常光亮且緻密的無線電波源,科學家認為人馬座 A* 很有可能就是離我們最近的超大質量黑洞所在。

而活躍星系核是指某個星系中央有著比普通星系強烈很多的光度,電磁波譜範圍可能從無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X 射線到伽瑪射線都有,而容納活躍星系核的宿主星系稱為活躍星系。活躍星系核是這些星系明亮的核心部分,尺度通常在 1 光年上下,只占整個活躍星系的很小一部分。(人馬座 A* 的直徑為 4 萬公里,地球與太陽的距離則約 1 億 5 千萬公里)

▲ 藝術家描繪位於銀河系中心的超大質量黑洞,為太陽質量 400 萬倍。(Source:NASA

雖然大質量星系可以收集更多氣體以形成中央更大的黑洞,但科學家相信其中也出現了一種反饋機制,日益龐大的黑洞怪獸開始釋放巨大能量驅散氣體,抑制了附近恆星的形成。過去,模擬模型表明這些能量驅散了冷凝成新恆星的氣體,最終讓星系「熄滅」,這種過程稱為淬火(quenching),只是科學家過去幾十年來都沒有確切的觀測證據可以證實這效應。

直到現在,由加州大學聖克魯茲分校天體物理學教授 Jean Brodie 領導的研究結果,揭開了星系黑洞與恆星之間的相互作用,看中心黑洞如何影響銀河系演化過程中形成的每一代恆星。

團隊分析了由霍比─埃伯利望遠鏡(Hobby-Eberly Telescope,HET)收集的大質量星系、居於中心的超大質量黑洞數據,發現黑洞確實是造成星系猝​​滅的原因,且黑洞質量還會影響淬火發生的速度。

也就是說,黑洞質量越大,釋放的能量越多,該星系停止生成新星的速度也越快;相反地,中央黑洞質量較小的星系,由於沒有足夠強大的能量吹走製造恆星的氣體塵埃,反而擁有更多年輕的恆星。

不過,這也不是科學家首次發現恆星形成與黑洞之間的關聯性,赫雪爾太空望遠鏡一項早期研究便曾指出,具有活躍黑洞的星系,其生成恆星的數量比黑洞活躍程度低的星系還要少;去年 12 月,加州大學聖地牙哥分校研究團隊也介紹過超大質量黑洞如何影響星系形成。

科學家對淬火過程有各式各樣的想像,我們的銀河系也正在走向「不孕」階段,數十億年後,銀河系中心的超大質量黑洞將變得毫無生氣,新研究如果納入觀測模型,或許能填補有關黑洞知識的空白地帶。論文已發表在《自然》期刊。

(首圖來源,示意圖:NASA