在52.5億光年外，發現一個在黑洞「吞噬」過程中倖存的星系

2020-12-01 博科園

黑洞被認為吞噬了太多的周圍物質，以至於它們終結了宿主星系的生命。在這個過程中，黑洞創造了一種被稱為類星體的高能量天體，此前人們認為類星體可以阻止恆星的誕生。現在，天文學家發現了一個能夠在類星體「貪婪」吞噬力量中倖存下來的星系：倖存原因是持續誕生新的恆星（每年大約有100顆太陽大小的恆星）。紅外天文平流層天文臺（SOFIA）的這一發現可以解釋，儘管宇宙由不再形成恆星的星系主導，星系也變得如此龐大。

其研究成果發表在《天體物理學》期刊上，這項研究的合著者、堪薩斯州勞倫斯大學助理教授艾莉森·柯克派屈克(Allison Kirkpatrick)說：這向我們表明，活躍黑洞的增長並不會立即阻止恆星的誕生，這與目前所有的科學預測相悖，這促使我們重新思考關於星系演化的理論。美國國家航空航天局（NASA）和德國航空航天中心（DLR）的聯合項目索非亞（Sofia）研究了一個非常遙遠的星系，該星系距離我們超過52.5億光年，名為CQ4479。

它的核心是新發現的一種特殊類型類星體，稱為「冷類星體」。在這種類星體中，活躍的黑洞仍然在享用來自其宿主星系的物質，但類星體的強烈能量並沒有破壞所有冷氣體，所以恆星可以繼續形成，星系繼續存在。這是天文學家第一次對冷類星體進行詳細觀察，直接測量黑洞的生長、恆星的誕生速度，以及為星系提供燃料的冷氣剩餘量。這項研究的主要作者、堪薩斯州勞倫斯市堪薩斯大學博士後研究員凱文·庫克(Kevin Cooke)說：

我們很驚訝地看到另一個古怪的星系，這與當前的理論相悖。如果這種連續增長繼續下去，黑洞及其周圍的恆星在星系壽命結束前都將擴大兩倍。類星體作為宇宙中最明亮、最遙遠的物體之一或稱「準恆星射電源」，是出了名的難以觀測，因為它們常常比周圍的一切都閃耀著光芒。當一個特別活躍黑洞消耗其周圍星系的大量物質，產生強大的引力時，它們就形成了。隨著越來越多的物質越來越快地向黑洞中心旋轉，這些物質被加熱並發出明亮的光。

類星體產生的能量如此之大，以至於它經常讓周圍的一切都黯然失色，讓觀察其宿主星系的嘗試變得盲目。目前的理論預測，這種能量會加熱或排出創造恆星所需的冷氣，阻止恆星的誕生，並對星系的生長造成致命打擊。但索非亞項目的觀測揭示，星系恆星誕生有一段相對較短的時間，而黑洞的盛宴仍在繼續，為類星體的強大能量提供動力。索非亞研究項目沒有直接觀測新生的恆星，而是用它9英尺望遠鏡探測到了恆星形成過程中被加熱塵埃發出的紅外線。

利用索非亞項目高解析度機載寬帶相機（HAWC+）收集的數據，科學家們能夠估計出過去1億年來恆星形成的數量。這讓研究人員看到了這段短暫的時間窗口，在這段時間裡，這兩個過程可以共存。這是唯一一臺能夠在不被強烈發光的類星體淹沒情況下研究這個星系中恆星誕生的望遠鏡。黑洞和恆星同時生長的短暫窗口，代表了星系滅亡的早期階段，在這個階段，星系還沒有屈服於類星體的毀滅效應。研究需要繼續索非亞項目的研究，以了解其他許多星系在最終到達生命終結之前是否會經歷類似的黑洞和恆星生長階段。

博科園｜研究/來自：堪薩斯大學

參考期刊《天體物理學》

DOI：10.3847/1538-4357/abb94a

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