為什麼有些星系如此小，但卻有著超巨大的黑洞？

宇宙中幾乎每個星系中心都有一個黑洞，包括我們的銀河系，事件視界望遠鏡拍攝了一張室女座星系內部的照片，距離為5500萬光年。星系中心黑洞的質量和星系宿主本身性質之間有一種非常特殊的關係。例如，星系越大，黑洞越大。但在這一普遍趨勢中也有一些奇怪的例外，研究這些奇怪現象的天文學家，可能揭示出黑洞和星系演化之間的關鍵聯繫。



如果你想知道哪個先出現，星系還是黑洞？答案是：目前不知道。在遙遠的過去的某個時刻（大約135億年前，當恆星開始形成時）星系和巨大的黑洞似乎相對同時形成。但是，無論是巨大黑洞開始在仍然年輕的星系中發芽，還是星系圍繞著新生的黑洞合併，一種緊密的關係很快就建立起來了。天文學家認為，在巨大黑洞和星系之間存在著定期的「通訊」和相互作用。星系越大，物質就越多，而物質越多，就有越多的燃料來滿足黑洞不斷張開的大口。



但當黑洞進食時，變得活躍；當氣體落入事件視界時，會以強烈的能量旋轉。其中一些氣體會升溫，釋放出強大的輻射，並從附近逃逸。在其他情況下，這些氣體可以繞著黑洞的外邊緣旋轉，而不會掉進去，形成長長的噴流，向周圍的介質延伸數千光年。你可以想像，這是大量的能量被傾倒到黑洞附近，這些能量加熱了周圍的氣體，而現在熱氣體幾乎沒有下沉到中心的傾向，在那裡它可能有與黑洞相遇的風險。



隨著氣體安全地遠離，黑洞就無法進食，因此其大小趨於穩定。但是，如果星系能夠變得更大，那麼就能把更多的氣體壓向中心，壓倒任何疑慮，給黑洞提供一頓新大餐，同時適時地伴隨著一段新的反饋插曲，阻止黑洞的持續增長失去控制。因此，除了那些沒有黑洞的，隨著星系的成長，黑洞也同步成長。小星系最終形成小黑洞，大星系最終形成大黑洞。一些星系擁有非常大的黑洞，遠遠超出了預期。如果黑洞所在的星系沒有足夠的物質來形成黑洞，這些黑洞是如何變得如此之大的呢？



根據一項新的研究顯示，答案可能來自一種被稱為藍塊的特殊星系。沒錯，藍塊，這是一種星系。藍塊星系只在非常遙遠的地方被發現，這意味著它們是年輕得多宇宙的一個特徵，並沒有一直存在到今天。正如名字所暗示的，是藍色的，很小。它們是相對較小的星系，恆星形成的速度特別快。由於它們瘋狂地形成恆星，這些星系往往比一般星系形成更大、更亮的藍色恆星，這就賦予了它們同名的顏色。



這些星系之所以能夠以如此驚人的速度形成恆星，是因為儘管它們的體積很大，但是由附近氣體流提供能量，這些氣體流將物質泵入體積較小的星系，從而加快了恆星的形成速度。但這麼早就大量湧入原材料是有代價的，在所有的活動中，一個巨大黑洞在中心形成，比你在如此年輕星系中想像的要大得多。這個黑洞吞噬了整個藍塊星系，阻止了恆星的進一步形成。因為這個星系太小了，反饋不僅影響到核心，還影響到整個星系，從本質上說，它在太年輕的時候就停止了星系的生長。



因此，早期誕生的恆星使藍塊星系變得漂亮和藍色，最終死亡，只留下古老的、小的、暗淡的紅星，幾乎沒有新的活動，把這個星系變成了我們親切地稱為「紅塊」的東西。由於早期爆發的活動，它有著一個特別大的中央黑洞。這真的是這些奇怪星系和大黑洞背後的故事嗎？現在只有少數這樣極端的例子，因此沒有進一步的數據很難得出堅定的結論。然而，這個研究是引人注目的，它可能為正在進行星系黑洞之間的故事提供線索。

博科園｜文：Paul Sutter/space

參考期刊《自然通訊》

Cite: arXiv:1906.00064

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