水母狀星系被自己的超大質量黑洞催促加速死亡

作者 | 發布日期 2019 年 07 月 14 日 22:27 | 分類 天文 follow us in feedly


英國伯明翰大學(University of Birmingham)Callum Bellhouse 等人研究發現,水母狀星系(jellyfish galaxy)JO201 中心的超大質量黑洞,正在剝離星系的氣體並向外拋出,加速遏止恆星形成活動,等於在謀殺這個星系。Bellhouse 表示,到目前為止,JO201 是超大質量黑洞和衝壓剝離(ram-pressure stripping)對水母狀星系中恆星形成有重要影響的獨特案例。透過研究這些奇特的天體,呈現出星系生命歷程的複雜,相當有趣。

水母狀星系之所以特別,是因為它們以超音速向星系團稠密的核心地區衝過去,過程中星系內氣體被星系團密集星系的重力拉走,就是所謂「衝壓剝離」;氣體拖出星系外時形成一道道長條狀結構,如同水母觸手,所以才將這類星系通稱為水母狀星系。

▲ JO201。(Source:Callum Bellhouse and the GASP collaboration)

Bellhouse 團隊為 Bianca Poggianti 領軍的 GASP(GAs Stripping Phenomena)計畫,至今研究了 114 個水母狀星系,探索這些星系的 3D 立體結構,並估計這些星系變形可能需要的時間。綜合這些水母狀星系的研究成果,再配合電腦模擬,呈現出 JO201JW100 和 JO194 三個水母狀星系 3D 立體結構的互動模型(註:點選各星系名稱開啟連結,可用滑鼠左鍵拉動觀看不同角度下的恆星和氣體分布的 3D 結構。其中氫氣為紅色、氮氣為藍色、氧氣為綠色、恆星為白色)。

從這些 3D 結構來看,Bellhouse 等人認為 JO201 原本是個大型螺旋星系,且以超音速衝向 Abell 85 星系團中心區約 10 億年之久。由於 JO201 行進方向幾乎是沿著地球看過去的方向,所以這些「水母觸手」在模擬圖中看起來似乎縮短了,但估計觸手的長度很可能往 JO201 後方綿延了至少 94kpc,相當於銀河系直徑的 3 倍之多。這些訊息可讓 Bellhouse 等人了解 JO201 的演化與未來命運(註:pc 為秒差距 parsec 縮寫,乃距離單位;kpc 為 1,000 秒差距,1pc 相當於 3.2616 光年)。

JO201 經歷衝壓剝離變形的過程中,因星系內氣體星雲會先被壓縮致使密度增高,導致星系在短時間內恆星形成率驟增,在星系盤面形成一圈新恆星誕生區,同時星系邊緣的觸手裡有些稠密氣體節點也會開始形成新恆星。然而這樣的盛景頂多持續數億年,之後星系中心的超大質量黑洞也拽走大量氣體,致使星系盤面的中心地區有氣體空缺區。Bellhouse 等人相信,這是因為在衝壓剝離的作用下,會將部分氣體輸送到星系中心區,促使黑洞爆發而向外拋出物質並產生衝擊波,在星系中心區製造出一氣體空缺區域。

過程中這些水母狀星系的新恆星形成率驟然增加或被抑制,最終達到重點平衡。以 JO201 為例,星系中心的超大質量黑洞因衝壓剝離而被激發得很活躍,開始向外拋出氣體,最後這個星系內裡被掏空,外部又被掠奪,內憂外患齊發生,使整個星系如同被謀殺。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:pixabay