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UC研究人员在大质量星系中揭示黑洞调节星形成

时间:2018-05-15

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超大质量黑洞的力量可以在Centaurus A的图像中看到,它是距离地球最近的活跃星系核之一。该图像结合了来自不同波长的几个望远镜的数据,显示了由银河系中心超大质量黑洞驱动的射流和叶片。图片来源:ESO / WFI(光学); MPIfR / ESO / APEX / A.Weiss等人。 (亚毫米波); NASA / CXC / CfA / R.Kraft等人。 (X射线)

年轻的星系以明快的速度形成明亮的新星,但随着银河系的演变,恒星形成最终会关闭。 2018年1月1日发表在“自然”上的一项新研究表明,星系中心的黑洞质量决定了恒星形成的“猝灭”发生的时间。

每个大质量星系都有一个中央超大质量黑洞,比太阳质量还要强上百万倍,通过其对星系恒星的引力作用显示出它的存在,并且有时为来自活跃星系核(AGN)的高能辐射提供动力。从活跃的银河核心涌入银河系的能量被认为是通过加热和驱散气体来关闭恒星的形成,否则这些气体在冷却时凝结成恒星。

这个观点已经存在了几十年,天体物理学家发现,模拟星系演化必须包含来自黑洞的反馈,以重现观测到的星系属性。但迄今为止,缺乏超大质量黑洞与恒星形成之间关系的观测证据。

“我们一直在拨打反馈意见,以便模拟结果得以实现,但却不知道它是如何发生的,”UC Santa Cruz的天文学和天体物理学教授,该论文的合着者,让·布罗迪说。 “这是第一个直接的观测证据,我们可以看到黑洞对星系星系形成历史的影响。”

新的结果揭示了整个星系生命中黑洞活动与恒星形成之间的持续相互作用,影响了随着银河系演化而形成的每一代恒星。

第一作者,加州大学圣克鲁斯分校博士后研究员IgnacioMartín-Navarro领导的这项研究主要集中在大质量星系,在之前的研究中通过分析星系中心附近恒星的运动测量了中心黑洞的质量。为了确定星系的恒星形成历史,Martín-Navarro分析了Hobby-Eberly望远镜大规模星系测量所获得的光的详细光谱。

光谱学使天文学家能够分离和测量物体的不同波长的光。 Martín-Navarro使用计算技术分析每个星系的光谱,并通过找到恒星种群的最佳组合来恢复其恒星形成历史,以适应光谱数据。 “它告诉你有多少光来自不同年龄的恒星人群,”他说。

当他比较星系形成的星系与不同质量的黑洞时,他发现了明显的差异。这些差异只与黑洞质量有关,而与银河形态,大小或其他特性无关。

“对于恒星质量相同,但中心的黑洞质量不同的星系,那些黑洞较大的星系比那些黑洞较小的星系淬火得更早更快。因此,在那些中心黑洞较小的星系中恒星的形成持续时间更长,“马丁 - 纳瓦罗说。

其他研究人员已经寻找恒星形成与活动星系核光度之间的相关性,但没有成功。马丁纳瓦罗说,这可能是因为时间尺度是如此不同,恒星形成发生在数亿年,而活跃的银河核的爆发发生在更短的时间。

超大质量黑洞只有在主动星系内部区域积极吞噬物质时才会发光。活性星系核的变化很大,它们的性质取决于黑洞的大小,新物质落入黑洞的速度以及其他因素。

“我们使用黑洞质量作为AGN投入银河系的能量的代用品,因为增加到更大质量的黑洞会导致来自活动星系核的更多能量反馈,这将更快地抑制恒星形成,”马丁纳瓦罗解释道。

根据合着者圣何塞州立大学和加州大学天文台天文学家Aaron Romanowsky的说法,来自黑洞的反馈的确切性质仍然不确定。

“黑洞能够将能量输出到银河系统的方式各不相同,理论家们对熄灭如何发生有着各种各样的想法,但需要做更多的工作来将这些新的观测结果纳入模型。”Romanowsky说。

出版物:IgnacioMartín-Navarro等人,“大质量星系中的黑洞调节恒星形成”,Nature,2017; doi:10.1038 / nature24999

来源:Tim Stephens,UC Santa Cruz

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