宇宙中,一些规模庞大的星系却呈现出恒星数量匮乏的奇特现象。按常理,恒星诞生是星系成长的关键环节,可这些星系却似乎缺失了大量恒星。科学家推测,或许存在某种因素抑制了星系中的恒星诞生,而黑洞极有可能就是背后的“元凶”。
黑洞,无论是超大质量黑洞还是恒星级黑洞,都以被其强大引力捕获的物质为食,这些物质涵盖光、气体、尘埃以及过于靠近的较大物体。物质会在黑洞周围形成吸积盘,并旋转着进入黑洞。特别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。各种运动产生摩擦,引力还会将物质原子化。若物质能量足够大,能剥离电子,形成极热、极亮的等离子体,吸积盘就像一口沸腾的大锅,还会抛射物质,产生强大风力。
这些风力若足够强劲,便会吹走附近区域的气体,而这些气体恰恰是星系形成新恒星所必需的。所以,黑洞对附近的恒星形成活动有着极大的负面影响。例如哈勃太空望远镜拍摄的NGC4151星系图像显示,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。
为了深入研究黑洞对恒星形成的影响,一个研究团队利用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观测。XRISM能提供对该活动星系核(AGN)中心吸积盘流出风的高分辨率观测,并测量这些风的特征。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。黑洞在增长过程中会吞噬气体,同时释放出强大的高能风。
借助XRISM,科学家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。研究过程中,科学家发现塑造星系、吞噬恒星形成所需气体的最强风并非一直存在。于是,他们分析了数百天对NGC4151的观测数据,寻找能表明强风存在的X射线亮度峰值,还研究了XRISM探测到的X射线的硬度或软度,将其与风的强度关联起来,并把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,科学家发现当X射线较硬但较暗时,高速风最强。最快的风并非在耀斑期间观测到,而是通常在约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。
活动星系核对周围气体云的影响对恒星诞生区域而言是灾难性的。这些风会直接吹走气体,使其分散到整个星系或星系际空间。若气体扩散范围过广,特定区域就没有足够气体启动恒星形成过程。而且,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。
该研究团队在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。此次关于这个星系超大质量黑洞吹出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。











