類星體流出物，星系形成過程的絆腳石

2020-08-12 天文在線

　　利用美國宇航局哈勃太空望遠鏡的獨特功能，一組天文學家發現了宇宙中有史以來最具能量的流出物。它們來自類星體，像海嘯一樣穿過星際空間，對類星體所在的星系造成巨大破壞。

　　類星體是非常遙遠的天體，釋放出異常巨大的能量。類星體包含超大質量的黑洞，這些黑洞由不斷湧入的物質提供燃料，其亮度是其宿主星系(由數千億顆恆星組成)的1000倍。

　　在黑洞吞噬物質的過程中，熱氣體環繞著它並發出強烈的輻射，從而形成了類星體。在黑洞附近的炙熱輻射壓力的驅動下，風將物質從星系中心推離。這些流出物加速到驚人的速度，只有光速的幾個百分點。

　　「沒有其他現象具有更多的機械能。在1000萬年的生命中，這些外流物產生的能量是伽馬射線爆炸的100萬倍。「太陽風每年推動數百個太陽質量的物質。這些流出物所攜帶的機械能是整個銀河系亮度的數百倍。」

　　 類星體像掃雪機一樣吹過星系的圓盤。原本可以形成新恆星的物質被猛烈地從星系中掃出，阻止了恆星的誕生。輻射將氣體和塵埃推向遠比科學家之前認為的更遠的距離，創造了一個銀河系範圍的事件。

　　 當這一宇宙海嘯猛烈撞擊星際物質時，衝擊波前端的溫度飆升至數十億度，其中的物質主要以x射線的形式發出光，但也在其餘光譜中廣泛發光。任何目擊這一事件的人都會看到一場燦爛的天象。Arav說:「你首先會得到大量的x射線和伽馬射線，然後會滲透到可見光和紅外光。」「你會看到整個銀河系都是巨大的像燈光秀一樣的聖誕樹。」

　　 對星系演化的數值模擬表明，這種流出現象可以解釋一些重要的宇宙學難題，例如，為什麼天文學家在宇宙中觀察到的大星系如此之少，以及為什麼星系的質量與其中心黑洞的質量之間存在聯繫。這項研究表明，這種強大的類星體外流應該普遍存在於早期宇宙中。

　　 幾十年來，理論家和觀察者都知道，在大質量星系中，存在某種物理過程阻止恆星形成，但這個過程的本質一直是個謎。紐約哥倫比亞大學和新澤西普林斯頓大學的著名宇宙學家耶利米·p·奧斯特羅解釋說:「將觀測到的外流物放入我們的模擬中，解決了銀河系演化中的這些突出問題。」

　　 天文學家研究了13個類星體的流出物，通過觀察發光氣體的光譜「指紋」，他們能夠記錄氣體被類星體風加速的驚人速度。哈勃紫外線數據顯示，由於氣體在太空中的快速運動，這些由光路徑上的物質產生的光吸收特徵在光譜中發生了變化。這是由於都卜勒效應，物體的運動會壓縮或拉伸光的波長，這取決於它是靠近還是遠離我們。只有哈勃具有特定的紫外靈敏度範圍，使天文學家能夠獲得導致這一現象發生的觀測結果。

　　 除了測量了迄今為止觀測到的最活躍的類星體外，該團隊還發現了另一個加速速度最快的流出物。在三年的時間裡，它從近4300萬英裡每小時增加到大約4600萬英裡每小時。科學家們相信，隨著時間的推移，它的加速度將繼續增加。

　　 來自馬裡蘭州巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的研究小組成員傑拉德·克裡斯補充說:「哈勃的紫外線觀測使我們能夠跟蹤類星體的能量輸出的整個範圍，從較冷的氣體到大風中極熱、高度電離的氣體。」「在此之前，只能通過難度大得多的x射線觀測才能看到。這種強大的外流可能會對中央特大質量黑洞的生長和其整個宿主星系的發展之間的聯繫產生新的見解。

　　 這個團隊還包括維吉尼亞理工大學的研究生徐新豐和博士後研究員蒂莫西·米勒，以及太空望遠鏡科學研究所的蕾切爾·普萊莎。這些發現發表在2020年一系列六篇論文中，作為《天體物理學雜誌增刊》的焦點。

　　作者: Rob Garner

　　FY: J.Smiley

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