类星体流出物,星系形成过程的绊脚石

  利用美国宇航局哈勃太空望远镜的独特功能,一组天文学家发现了宇宙中有史以来最具能量的流出物。它们来自类星体,像海啸一样穿过星际空间,对类星体所在的星系造成巨大破坏。

  类星体是非常遥远的天体,释放出异常巨大的能量。类星体包含超大质量的黑洞,这些黑洞由不断涌入的物质提供燃料,其亮度是其宿主星系(由数千亿颗恒星组成)的1000倍。

  在黑洞吞噬物质的过程中,热气体环绕着它并发出强烈的辐射,从而形成了类星体。在黑洞附近的炙热辐射压力的驱动下,风将物质从星系中心推离。这些流出物加速到惊人的速度,只有光速的几个百分点。

  “没有其他现象具有更多的机械能。在1000万年的生命中,这些外流物产生的能量是伽马射线爆炸的100万倍。“太阳风每年推动数百个太阳质量的物质。这些流出物所携带的机械能是整个银河系亮度的数百倍。”

   类星体像扫雪机一样吹过星系的圆盘。原本可以形成新恒星的物质被猛烈地从星系中扫出,阻止了恒星的诞生。辐射将气体和尘埃推向远比科学家之前认为的更远的距离,创造了一个银河系范围的事件。

   当这一宇宙海啸猛烈撞击星际物质时,冲击波前端的温度飙升至数十亿度,其中的物质主要以x射线的形式发出光,但也在其余光谱中广泛发光。任何目击这一事件的人都会看到一场灿烂的天象。Arav说:“你首先会得到大量的x射线和伽马射线,然后会渗透到可见光和红外光。”“你会看到整个银河系都是巨大的像灯光秀一样的圣诞树。”

   对星系演化的数值模拟表明,这种流出现象可以解释一些重要的宇宙学难题,例如,为什么天文学家在宇宙中观察到的大星系如此之少,以及为什么星系的质量与其中心黑洞的质量之间存在联系。这项研究表明,这种强大的类星体外流应该普遍存在于早期宇宙中。

   几十年来,理论家和观察者都知道,在大质量星系中,存在某种物理过程阻止恒星形成,但这个过程的本质一直是个谜。纽约哥伦比亚大学和新泽西普林斯顿大学的著名宇宙学家耶利米·p·奥斯特罗解释说:“将观测到的外流物放入我们的模拟中,解决了银河系演化中的这些突出问题。”

   天文学家研究了13个类星体的流出物,通过观察发光气体的光谱“指纹”,他们能够记录气体被类星体风加速的惊人速度。哈勃紫外线数据显示,由于气体在太空中的快速运动,这些由光路径上的物质产生的光吸收特征在光谱中发生了变化。这是由于多普勒效应,物体的运动会压缩或拉伸光的波长,这取决于它是靠近还是远离我们。只有哈勃具有特定的紫外灵敏度范围,使天文学家能够获得导致这一现象发生的观测结果。

   除了测量了迄今为止观测到的最活跃的类星体外,该团队还发现了另一个加速速度最快的流出物。在三年的时间里,它从近4300万英里每小时增加到大约4600万英里每小时。科学家们相信,随着时间的推移,它的加速度将继续增加。

   来自马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所的研究小组成员杰拉德·克里斯补充说:“哈勃的紫外线观测使我们能够跟踪类星体的能量输出的整个范围,从较冷的气体到大风中极热、高度电离的气体。”“在此之前,只能通过难度大得多的x射线观测才能看到。这种强大的外流可能会对中央特大质量黑洞的生长和其整个宿主星系的发展之间的联系产生新的见解。

   这个团队还包括弗吉尼亚理工大学的研究生徐新丰和博士后研究员蒂莫西·米勒,以及太空望远镜科学研究所的蕾切尔·普莱莎。这些发现发表在2020年一系列六篇论文中,作为《天体物理学杂志增刊》的焦点。

  作者: Rob Garner

  FY: J.Smiley

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