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天文學家發現:黑洞和宿主星系共同成長,星系越大黑洞就越大


在過去的二十年里,天文學家已經得出結論,大多數星系的中心都有大質量黑洞,而且黑洞和宿主星系質量是相關的。但這兩者是如何聯繫在一起的呢?現在,夏威夷大學MāNoa天文學研究所的科學家,可能已經揭示了部分答案。通過仔細篩選數百張星系圖像,研究人員開始更清晰地定義星系演化的圖景。星系的增長可能是由與其他星系的相互作用形成,這些相互作用促成了在星系中心生長的超大質量黑洞。

恆星之間的氣體和塵埃被稱為星際介質(ISM),是超大質量黑洞(SMBH)生長和新恆星形成的燃料。但新的研究表明,與那些沒有超大質量黑洞的星系相比,星際介質在其核心擁有不斷增長的超大質量黑洞星系中可能具有不同性質。較熱的氣體不太可能塌縮成新恆星,所以這一發現可能表明,不斷增長的中心超大質量黑洞,削弱了星系產生新恆星的能力。

星際介質升溫的原因可能是什麼?答案是光(各種波段),特別是來自熱星的星光,可以做到這一點。但星系之間的相互作用(當它們相互碰撞,甚至只是近距離通過)可以產生大規模的衝擊波,壓縮密度較低的氣體,使其更有可能形成恆星。天文學家用泛星觀測的圖像研究了630個星系形狀。將星系分為合併、早期合併和非合併。然後將這些形狀與相同星系在更長的中紅外波長下的光輸出進行比較,在那裡可以研究星際介質的性質。

當星系足夠近的時候,它們會經歷一種星系舞蹈,直到它們最終結合成一個單一的系統。這些相互作用有很好的記錄特徵,使天文學家能夠對一組星系進行分類。這個研究項目讓我們對發生在星系內部的所有過程複雜性和糾纏有了更大了解,正在進行的解構星系研究很吸引人。研究人員發現,在有活躍黑洞的星系中,星際介質更熱,熱分子氣體與其他冷卻劑的比率更大,塵埃粒子的其他特徵比黑洞處於休眠狀態的星系具有更大取值範圍。

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在我們附近的宇宙空間中,發現中心擁有不斷增長的超大質量黑洞星系的熱星際介質與那些沒有的不同,向超大質量黑洞輸送燃料的相同過程,也讓我們能夠探測回星系星際介質的能量轉移,未來更詳細的觀察將使研究人員證實這些能量轉移過程。IFA作為享有盛譽REU項目的一部分已有近20年歷史,培訓了130多名學生,其中一些人現在是不同天文學領域的領導者。

由於有這個獨特的機會在夏威夷大學工作,擁有世界級的設施和科學家,IFA每學期都會收到500多份申請。IFA REU項目的首席研究員納德·哈吉希普爾(Nader Haghighiour)指出:我們的導師是各自領域的世界領先者,我們的REU學生從事的是尖端研究。本文的研究者麗貝卡就是一個很好的例子,我們為REU學生感到非常自豪,因為他們幾乎所有人都在研究生院繼續學習,其中許多人獲得了國家認可。

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在2020年秋季學期,PETRIC和UH MāNOA本科生黛安娜·卡斯塔內達將繼續利用平流層紅外天文觀測站(SOFIA)飛機上的光譜儀,研究附近宇宙空間中一些最發光成長中超大質量黑洞所在星系的星際介質。索非亞的觀測將使卡斯塔內達和佩特里克能夠更深入地了解能量在不斷增長的超大質量黑洞和星際介質之間轉移的過程,其研究成果發表在《天體物理學》期刊上。

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