我國科學家首次提供星系中心黑洞影響冷氣體含量的直接證據(jù)

IT之家 8 月 15 日消息，南京大學官方公眾號今天（8 月 15 日）今天發(fā)布博文，宣布其團隊最新研究首次從觀測上提供了星系中心黑洞影響冷氣體含量的直接證據(jù)。

半個世紀的謎題

星系是構(gòu)成宇宙的基本單位。以我們的銀河系為例，星系是一個包含有數(shù)千億顆恒星、氣體和塵埃等星際介質(zhì)及中心超大質(zhì)量黑洞的自引力束縛系統(tǒng)。

圖源：南京大學

星系的內(nèi)部組成成分及其周圍的星系周介質(zhì)之間在多個空間和時間尺度上進行著復雜的相互作用，共同影響著星系的形成和演化。

天文學家一般把星系分為兩類：一類是較年輕的星系，仍在活躍地產(chǎn)生新的恒星，稱為恒星形成星系；而另一類是較年老的星系，則幾乎沒有新的恒星形成，稱為被動演化星系。

經(jīng)過近半個世紀的發(fā)展，當前中心黑洞對宿主星系具有重要的反饋作用已成為主流星系形成演化理論模型的共同結(jié)論。然而，觀測上黑洞是否影響以及如何影響星系的形成演化一直缺乏明確的證據(jù)。

科研團隊介紹

南京大學王濤教授為論文的第一作者和通訊作者，南京大學兩位研究生許可和吳雨瑄同學為論文作出重要貢獻，南京大學的施勇教授、顧秋生教授、張智昱教授、王倚君副研究員，及法國原子能研究所、北京大學、上海師范大學、天津師范大學、復旦大學相關科研人員參與了本工作。

本工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)項目、載人航天項目等的支持。

科研成果

2009 年，王濤到美國哈佛-史密松森天體物理中心深造。從那時起，他就致力于研究星系如何“從生到死”的問題。

王濤教授與合作者創(chuàng)新性地從探索近鄰星系的黑洞質(zhì)量與星系中原子氫氣體的含量之間的關系入手，首次揭示了星系中心黑洞的質(zhì)量是調(diào)制星系中原子氫氣體含量的最關鍵的物理量：中心黑洞質(zhì)量越高的星系其原子氫氣體含量越低。

原子氫氣體是星系冷氣體的主要組成部分，而冷氣體又是星系中恒星形成的原料，因此這一發(fā)現(xiàn)對星系中心黑洞是否影響和如何影響星系中的冷氣體含量及恒星形成提供了重要的觀測證據(jù)。

王濤解釋說：

如果黑洞吸積并‘推出’冷氣體，短時間內(nèi)會出現(xiàn)冷氣體含量迅速下降的過程。

此前的研究顯示，即使是那些最活躍黑洞的宿主星系，也沒有這一過程。這表明很可能是第二種方式占主導作用。

而星系中原子氫氣體是熱氣體冷卻的直接產(chǎn)物，因此我們把目光轉(zhuǎn)到原子氫氣體和黑洞的聯(lián)系上。

該工作也同時揭示了不同類型的星系遵循同樣的冷氣體含量-黑洞質(zhì)量關系（圖 1），這意味著冷氣體含量-黑洞質(zhì)量關系為研究星系形成演化，尤其是研究星系在不同類型間的轉(zhuǎn)化機制，提供了全新的、可能更為基礎的框架。

星系中冷氣體含量與中心黑洞質(zhì)量的關系示意圖。中心黑洞質(zhì)量越大的星系其冷氣體含量越低、成為被動演化星系的可能性也越高。意義

該結(jié)果對中心黑洞對宿主星系具體的反饋機制也作出了重要限制。因為原子氫氣體是星系周氣體冷卻形成的初級產(chǎn)物，該發(fā)現(xiàn)意味著通過中心黑洞在其成長過程中釋放的能量來調(diào)節(jié)星系周氣體的冷卻效率很可能是中心黑洞影響宿主星系形成演化的主要方式。

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