對早期宇宙特大質量黑洞的新研究，為黑洞影響星系成長帶來新見解

文：娟娟

在我們可見的宇宙中，大約有上萬億個星系。在每一個大型星系中心，幾乎都有一個特大質量黑洞，其大小完全足以淹沒我們的想像力。

星系中心的特大質量黑洞，或安靜，或狂暴。一部分處在休眠期，比較安靜；也有一些非常活躍，它們正貪婪吞噬著宿主星系的物質，產生了明亮的吸積盤，以及壯麗的噴流。

圖片：藝術模擬圖，正在吸積的特大質量黑洞。 Credit: ESA / V. Beckmann (NASA-GSFC)

氣體流出，是大型星系中心活躍的特大質量黑洞的共同特徵。擁有著數百萬到幾十億倍太陽質量，這些活躍的特大質量黑洞貪婪地吞噬著周圍的氣體、塵埃和其他物質。就像人吃東西吃得太快太猛有時候會往外噴濺，黑洞吃得太多，也會「打嗝」一樣向各個方向噴出超高速的熱氣流，被稱為「黑洞風」（black hole wind），這種風甚至可以猛烈地穿越整個宿主星系。

一段時間以來，天文學家發現，星系中心的特大質量黑洞不可避免地與宿主星系間存在著密切的關係。特大質量黑洞會影響宿主星系的環境，強大的黑洞風也許是其重要的手段之一。

圖片：黑洞風 。NASA核光譜望遠鏡陣列（NuSTAR）和歐洲航天局的XMM-Newton望遠鏡的數據顯示，這種包含高度電離原子氣體的風以幾乎球形的方式吹向每個方向，高速風力足以關閉整個星系中的恆星形成。該圖是基於NASA的哈勃太空望遠鏡拍攝的風車星系（Messier 101）的圖像製作而成。 Credit:NASA

來自加州大學聖地亞哥分校的一個天文學家團隊的新發現，增加了人們對特大質量黑洞強大的黑洞風到底如何調節星系生長方面的理解。

加州大學聖地亞哥分校的教授Shelley Wright （謝莉 賴特）說：「特大質量黑洞實在令人著迷。理解星係為什麼會被特大質量黑洞影響以及如何被其影響，是星系形成方面未解的謎題。」

賴特教授等人研究了一個特大質量黑洞所產生的強大黑洞風周圍的力能學（energetics），該黑洞位於星系3C 298的中心地區。

圖：顯示的是星系3C 298，距離地球大約93億光年遠。綠色部分突出顯示了星系中正在被類星體（中央黑洞）照亮的高能氣體。藍色代表吹遍整個星系的強風。紅橙色代表系統中的冷分子氣體。特大質量黑洞位於圖像中間稍下方的明亮的紅橙色圓形區域的中心。 Image credit: Vayner et al.

賴特教授說：「我們研究了非常早期宇宙的特大質量黑洞，此時它們正處於吸積大量的氣體物質實現活躍成長的時期。」「儘管黑洞本身並不會放射出光線，但它們正在吞噬的氣體物質卻被加熱到極高的溫度，使得它們成為宇宙中最明亮的天體。」

研究揭示，黑洞風吹遍了整個3C 298星系，並影響了恆星的生長。

「如今，鄰近我們的星系顯示，星系的質量與中央特大質量黑洞的質量緊密相關，」天文學家說，「但我們的研究表明，3C 298星系並未遵循通常情況下的星系與中央黑洞間的質量比例關係。」

「研究顯示，在早期宇宙，3C 298的質量要比其巨大的特大質量黑洞所能夠帶來的星系質量小100倍。」「這意味著，特大質量黑洞的質量早在星系形成之前就已經確定了，並且來自該特大質量黑洞的力能或許可以潛在地控制星系的成長。」

為了進行這項研究，天文學家們使用了數個最先進的天文設施：凱克天文台的自適應光學積分場光譜儀，阿塔卡瑪大型毫米波/亞毫米波天線陣，哈勃太空望遠鏡以及甚大望遠鏡。

「研究3C 298最有趣的部分就是把來自不同波長和技術的數據組合起來，」研究人員稱，「我們在這個星繫上獲得的每一組新的數據集都回答了一個問題，」「然而，它同時也產生了新的問題，這些問題則是關於星系的性質和特大質量黑洞的形成方面的。」

參考資料：

http://www.sci-news.com/astronomy/supermassive-black-holes-galaxy-formation-05583.html

https://www.sciencedaily.com/releases/2017/02/170214130520.htm