宇宙中的「紅塊」星系是天文學中的黃金？

大約十年前，天文學家發現了一群小而大的被稱為「紅塊」的星系。美國宇航局錢德拉x射線天文台的一項新研究表明，黑洞在這些星系中已經形成了一顆恆星，並且可能利用了一些尚未開發的恆星燃料，以達到異常巨大的比例。紅塊是哈勃太空望遠鏡在距離地球很遠的地方首次發現的，相當於大爆炸後大約三四十億年的時間。它們是大爆炸後僅僅10億年就形成的第一個巨大星系的遺迹。天文學家認為他們是在當地宇宙中看到的巨大橢圓星系的祖先。紅塊的質量與巨大橢圓星系的質量相似，但大小只有它們的五分之一。

儘管大多數紅塊在數十億年的時間裡與其他星系融合在一起，但有一小部分人成功地穿越了宇宙的悠久歷史。這些毫髮無損的紅塊代表了研究星系及其中心的超大質量黑洞如何在數十億年隔離期中活動的黃金機會。錢德拉首次被用於研究這兩個獨立的紅塊中的熱氣體，MRK 1216和PGC 032673。它們分別距地球2.95億光年和3.44億光年，而不是第一批已知的紅塊所處的數十億光年。這種散發出熱氣的x射線包含了兩個星系中超大質量黑洞所產生的活動痕迹。

領導這項研究的匈牙利布達佩斯姆塔-埃托弗斯大學Lendulet熱宇宙和天體物理學研究小組的諾伯特·維爾納(Norbert Werner)說：這些星系已經存在了130億年，卻從未與其他星系發生過相互作用，這些星系中的黑洞佔據了主導地位，其結果對試圖形成的新恆星不利。天文學家早就知道，由於強烈的引力和磁場，墜入黑洞的物質可以高速向外重新定向。這些高速噴流可以抑制恆星的形成。這是因為來自黑洞附近的爆炸提供了強大熱量來源，阻止了星系中熾熱的星際氣體冷卻到足以形成大量恆星的程度。

與周圍環境相比，MRK 1216星系中心的熱氣體溫度更高，顯示了最近黑洞加熱的影響。此外從星系中心可以觀察到射流，這是黑洞噴射的特徵。最後黑洞附近的x射線輻射大約是黑洞能生長速度的理論極限的1億倍，即所謂的「Eddington極限」，即輻射的向外壓力通過向內的引力平衡而達到平衡。這種低水平的x射線發射是黑洞產生噴流的典型特徵。所有這些因素都提供了強有力的證據，證明這些紅核星系中央超大質量黑洞的活動正在抑制新恆星的形成。黑洞和熱氣體可能有另一種聯繫，作者認為大部分黑洞質量可能是由兩個星系周圍的熱氣體積累而成的。MRK 1216和PGC 032873中的黑洞都是已知質量最大的黑洞，根據對星系中心附近恆星速度的光學觀測，質量估計是太陽的50億倍。

此外據估計，MRK 1216黑洞的質量，可能還有PGC 032873中的質量，只佔星系中心區域所有恆星的質量總和的百分之幾，而在大多數星系中，這個比率要低十倍。研究報告的合著者、MTA-Eotvos大學的Kiran Lakhchaura說：顯然如果任由黑洞自行其是，它們的行為可能有點像惡霸。合著者、普林斯頓大學的愛因斯坦研究員馬西莫·加斯帕里(Massimo Gaspari)說：它們不僅阻止了新恆星的形成。此外，PGC 032873內外的熱氣體比MRK 1216周圍的熱氣體弱十倍。因為在過去的130億年里，這兩個星系似乎都處於孤立狀態，這一差異可能來自於PGC 032873的黑洞在過去的更猛烈的爆發，它將大部分的熱氣體吹走了。

博科園-科學科普｜參考期刊：皇家天文學會月報｜來自：錢德拉X射線中心

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