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星系和星系中央黑洞之間到底是什麼關係?新發現讓人懵圈

星系中央黑洞會影響星系?答案並不那麼簡單。?

Episode III - Anakin"s Dark Deeds

 Star Wars 

John Williams;London Symphony Orchestra;London Voices 

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超大質量黑洞在成長的過程中會產生大量外流氣體。天文學家一直認為這些外流物質會對其宿主星系產生顯著影響。ESA

WISE1029的一氧化碳發射線(左)和低溫塵埃發射線(右),表明它們沒有受星系中央黑洞外流物質的擾動。ESO / ALMA

幾乎每一個大星系中央都有一個質量巨大無比的黑洞。這樣的黑洞被稱為超大質量黑洞。天文學家一直以來都相信,它們和星系的演化有著千絲萬縷的聯繫,尤其是它們的質量,和它們所在星系的某些特點之間有關聯。

然而世事難料,最近的一個發現讓人有點懵圈。以台灣中研院天文及天體物理研究所鳥羽儀樹(Yoshiki Toba)為首的一些天文學家觀測了一組以紅外發射線為主要特徵的星系。這類星系的中央黑洞周圍存在大量遮光塵埃,因此在紅外波段上特別明亮。一直以來天文學家相信,這些星系的中央黑洞都在持續地長大,所以從它們的周圍,會源源不斷地產生外流物質。

現有理論認為,來自黑洞周圍的外流物質能夠激活或終止星系相鄰區域的造星過程。恆星想要從星雲中誕生,星雲必須受外力的擾動;外力的干擾,同樣也可能打斷星雲內的造星過程。

但天文學家發現,在一個編號為WISE1029的星系內,鄰近的一氧化碳氣體並沒有受到黑洞外流電離氣體的影響。一氧化碳氣體是造星的重要原料,因此這種關聯性的缺失是反常的。

WISE1029之所以受到關注,是因為它中央黑洞周圍電離氣體的外流活動極端旺盛,因此理論上星系盤面內的一氧化碳氣體受到的影響會特別明顯。但是觀測結果顯示,黑洞外流物質沒有影響到分子雲,星系的造星能力也沒有因此發生絲毫改變。

這是一個非常奇怪的現象。人們曾無數次地觀測到黑洞的外流物質,卻是第一次發現這些物質和星系中分子雲的變化無關。

天文學家對此的解釋是,來自黑洞周圍的外流物質和星系演化之間的關係並非只有一種。一種可能的情形是,外流物質是以直角射入星系盤面分子雲的,從而使二者難以發生相互作用。斯隆數字化巡天(SDSS)結果也表明,從黑洞周圍外流的離子氣體前進方向正好對著地球。因此它們之間若想發生相互作用,可能需要彼此之間的位置關係能夠恰到好處。

我們也許可以從這個故事裡明白這樣一個道理,即看問題不可簡單化。許多事物之間在理論上或許相關,但實際情況要複雜得多。而要想取得理想的結果,也不能想當然。

左圖是WISE1029的斯隆數字化巡天可見光影像,右圖是它在廣域紅外巡天望遠鏡(WISE)中的紅外影像(經過放大)。WISE1029在可見光波段上很暗,但在紅外波段上很亮。光譜分析表明,WISE1029中央黑洞周圍產生的強大離子氣體流前進的方向正好對著地球。SDSS / NASA

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