宇宙中,一些质量巨大的星系本应繁星璀璨,然而实际情况却是它们缺少大量恒星。这一现象让科学家们困惑不已,毕竟恒星诞生是星系成长的关键环节之一。密歇根大学的研究人员认为,超大质量黑洞或许是抑制恒星诞生的“幕后黑手”。
超大质量黑洞和恒星级黑洞一样,依靠强大引力捕获物质为食,这些物质涵盖光、气体、尘埃以及靠近的较大物体。物质在黑洞周围形成吸积盘,并旋转着进入黑洞。尤其是超大质量黑洞周围的吸积盘,能量极高,其中的活动会使气体和尘埃粒子混合,整个区域布满磁场。众多运动产生摩擦,引力还会将物质原子化。若物质能量足够大,就能从原子上剥离电子,形成极热、极亮的等离子体。这个盘状物如同冒泡的大锅,会抛射物质,产生强大风力。
当这些风足够强劲时,就会吹走星系形成新恒星所需的气体,对附近的恒星形成活动产生负面影响。以NGC4151星系为例,其核心的超大质量黑洞吞噬附近物质形成吸积盘,哈勃太空望远镜拍摄的图像显示,该星系旋臂外侧有明亮的蓝色恒星诞生区域,而核心附近此类区域相对较少。
为了深入了解黑洞吸积盘外流对恒星形成的影响,由向带领的研究团队利用X射线成像和光谱任务(XRISM)对NGC4151星系中心超大质量黑洞附近的活动展开研究。XRISM为该活动星系核(AGN)中心吸积盘流出的风提供了高分辨率观测,并测量了这些风的特征。AGN通常出现在超大质量黑洞的增长阶段,其高能活动会影响宿主星系的演化,黑洞在增长阶段会释放出强大的高能风。
借助XRISM,研究人员获得了观测最亮活动星系核(AGN)的最高分辨率,获取了迄今为止关于吸积盘外流最丰富的信息。然而,塑造星系并吞噬恒星形成所需气体的最强风并非一直存在,向需要找到一种方法来确定这些风何时最强。她分析了数百天对NGC4151的观测数据,寻找能表明强风存在的X射线亮度峰值,同时研究了XRISM探测到的X射线的硬度或软度,并将其与风的强度关联起来。她将这些变量纳入一个名为颜色强度指数(cindicity)的指标中,通过这个指标,未来根据源的cindicity值就能判断看到快速外流的概率。
对于NGC4151,向发现当X射线较硬但较暗时,高速风最强,最快的风通常在约10000秒(不到3小时)后出现,这为外流提供了首个直接的时间关联。活动星系核产生的风对星系中周围气体云影响巨大,会直接将气体吹走,使其分散到整个星系或星系际空间中。若气体扩散过广,特定区域就没有足够气体启动恒星形成过程,而且这些风还会撕裂气体分子,影响恒星形成。黑洞吞噬物质也会清除可用于恒星形成的物质,导致星系失去通过恒星形成成长的机会。
向的团队在NGC4151的外流中发现了多种类型的盘风,所有这些外流的流出率等于或大于质量吸积率,这意味着它们正在吹走必要的物质。该团队关于这个星系超大质量黑洞吹出的风的测量结果和结论,将有助于天文学家预测其他星系中此类外流的发生时间,增进对全宇宙活动星系核(AGNs)的理解。











