黑洞如何“餓死”星系

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原作：Mark Thompson

翻譯：李思綺

美編：趙書晨

后臺：李子琦

原文鏈接：https://www.universetoday.com/articles/how-black-holes-slowly-starve-galaxies

巴勃羅星系

圖源：JADES合作組織

并非每一個星系的死亡都是轟轟烈烈的。有時候，他們會逐漸消亡，被其核心的黑洞慢慢“扼殺”。利用詹姆斯·韋伯望遠鏡和ALMA大型毫米波陣列，天文學(xué)家們抓拍到了一例正在發(fā)生的此類“死亡”，從而認(rèn)識到了一種出奇溫和的星系“謀殺“機制。

“受害者“正式編號是GS-10578，也就是距我們108億光年的“巴勃羅星系”。它的大部分恒星誕生于125億至115億年前，并在其間的短短10億年里積攢了大約2000億倍太陽質(zhì)量的恒星。然后，突然地，它停住了。

劍橋大學(xué)的天文學(xué)家懷疑該星系中心的超大質(zhì)量黑洞可能是罪魁禍?zhǔn)住５?dāng)他們將ALMA望遠鏡對準(zhǔn)巴勃羅星系進行了近七小時的觀測時，他們發(fā)現(xiàn)了意想不到的情況：一片空白。

ALMA射電陣列

圖源：歐洲南方天文臺/ESO

他們尋找的是一氧化碳，一種可以可靠地證明恒星形成原料——冷氫氣存在的分子。不管一氧化碳的量有多少，ALMA的深度觀測都應(yīng)該能夠探測到。然而，巴勃羅星系貌似幾乎沒有任何恒星形成所需的燃料。

“讓我們驚訝的是，你其實可以從“沒有東西“中學(xué)到很多東西。冷氣體的缺失將問題的緣由指向一種緩慢的“餓死”過程，而非一次劇烈的突然事件。“劍橋大學(xué)卡文迪什實驗室的楊·肖爾茨博士說。

與此同時，韋伯望遠鏡的光譜分析發(fā)現(xiàn)了從超大質(zhì)量黑洞中噴涌而出的速度高達400公里每秒的強風(fēng)。這陣強風(fēng)每年能帶走60個太陽質(zhì)量的氣體。以此類推，星系里剩余的燃料可以在短短1600萬至2.2億年內(nèi)耗盡，遠快于正常狀態(tài)下的數(shù)十億年。

但是巴勃羅星系本身看起來很平靜！在韋伯望遠鏡的觀測中，巴勃羅星系正在平穩(wěn)地旋轉(zhuǎn)，像一個盤子一樣，沒有任何劇烈活動（如星系合并）的跡象。這就排除了外部災(zāi)難致死的可能。

M87星系核心區(qū)域影像（超大質(zhì)量黑洞， EHT望遠鏡陣列的射電觀測數(shù)據(jù)處理而成，顏色代表亮溫度。

圖源：事件視界望遠鏡合作組織

答案在于反反復(fù)復(fù)的加熱。黑洞并非是通過一次劇烈的爆炸撕裂整個星系，而是反復(fù)加熱或驅(qū)逐進入星系的氣體，每一次都能阻止新的物質(zhì)留在星系里的恒星形成區(qū)。補給被切斷之后，巴勃羅星系只好慢慢消耗現(xiàn)有儲備，耗盡之后就“死”了。

這一發(fā)現(xiàn)有助于解釋韋伯望遠鏡經(jīng)常發(fā)現(xiàn)的異常古老、質(zhì)量巨大的星系。在韋伯發(fā)射之前，這一類天體幾乎不為人知，而現(xiàn)在卻發(fā)現(xiàn)他們比預(yù)期中更為普遍。上文所講述的“黑洞扼殺”機制或許可以解釋他們?yōu)槭裁丛缭缦阆駳專谟钪娴恼Ｑ坶g耗盡燃料。

責(zé)任編輯：陳瑋菁

牧夫新媒體編輯部

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M51：旋渦星系
圖源：NASA

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