哈勃发现黑洞触发了矮星系中的恒星形成“风暴”

2022年01月20日 14:58 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

黑洞通常被描述为宇宙中的“怪物”--它们可以撕裂恒星,吞噬任何太过接近的天体,并将光线束缚住。然而,来自美国宇航局(NASA)哈勃太空望远镜的详细证据显示了黑洞的新面貌:它们促进,而不是压制恒星的形成。哈勃成像和对矮星暴星系Henize 2-10的光谱分析清楚地显示了一个气体外流从黑洞延伸到一个明亮的恒星诞生区,就像一条脐带,触发了已经密集的云层形成恒星集群。

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天文学家以前曾辩论过,矮星系可能有一个类似于大星系中超大质量黑洞的黑洞。对矮星系的进一步研究,它们在宇宙时间中一直保持着小规模,可能会阐明超大质量黑洞的“第一颗种子”是如何在宇宙历史中形成和演变的问题。

根据这项最新研究,矮星系Henize 2-10中心的一个黑洞正在创造恒星而不是吞噬它们。这个黑洞显然对该星系中正在发生的新的恒星形成“风暴”做出了贡献。这个矮星系位于3000万光年之外,在南部的Pyxis星座。

十年前,这个小星系在天文学家中引发了争论,即矮星系是否拥有与在大星系中心发现的超大质量巨兽相称的黑洞。这个新发现所提及的是Henize 2-10星系,包含的恒星数量只有我们银河系的十分之一,其有望在解决超大质量黑洞的来源之谜方面发挥重要作用。

Amy Reines说:“十年前,作为一名研究生,我认为我的职业生涯将用于研究恒星的形成,我看了来自Henize 2-10的数据,一切都改变了,”她在2011年发表了该星系中黑洞的第一个证据,是这项新研究的主要作者。该研究于1月19日发表在《自然》杂志上。

Reines表示:“从一开始,我就知道在Henize 2-10中发生了一些不寻常和特别的事情,现在哈勃已经提供了一个非常清晰的画面,显示了黑洞和距离黑洞230光年的邻近恒星形成区之间的联系。”

这种联系是一种气体外流,像脐带一样在太空中延伸到一个明亮的恒星“育儿所”。当低速外流到达时,该地区已经有了一个密集的气体“茧”。哈勃光谱学显示,这股流出物以每小时100万英里的速度移动,像花园里的水管撞到一堆泥土一样撞向密集的气体,然后扩散开来。新生的星团点缀在外流扩散的路径上,它们的年龄也由哈勃计算出来。

这与在大型星系中看到的效果相反,在大型星系中,落向黑洞的物质被周围的磁场吹走,形成炽热的等离子体喷流,以接近光速的速度移动。被卷入喷流路径的气体云将被加热,远远超出其冷却和形成恒星的能力。但是,由于Henize 2-10中的黑洞质量较小,而且其流出的气体较温和,气体被压缩到足以沉淀出新的恒星形成。

“在只有3000万光年的距离,Henize 2-10足够近,以至于哈勃能够非常清楚地捕捉到黑洞流出的图像和光谱证据。额外的惊喜是,该流出物非但没有抑制恒星的形成,反而引发了新恒星的诞生,”Reines的研究生和新研究的主要作者Zachary Schutte说。

自从她第一次发现Henize 2-10中独特的无线电和X射线辐射以来,Reines就认为它们可能来自一个巨大的黑洞,但不像在较大的星系中看到的那样是超大质量的。然而,其他天文学家认为,这些辐射更可能是由一个超新星残余物发出的,这在一个快速抽出大质量恒星并迅速爆炸的星系中是一种熟悉的现象。

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“哈勃的惊人分辨率清楚地显示了气体速度的开瓶器状模式,我们可以将其与黑洞的前行或摇摆的流出物模型相匹配。”Reines说:“超新星残余物不会有这种模式,因此它实际上是我们证明这是一个黑洞的有力证据。”

Reines预计,未来将有更多的研究针对矮星系黑洞,目的是利用它们作为线索,了解超大质量黑洞如何在早期宇宙中出现的奥秘。这对天文学家来说是一个持久的难题。星系的质量和它的黑洞之间的关系可以提供线索。Henize 2-10中的黑洞质量约为太阳质量的100万。在更大的星系中,黑洞的质量可以超过我们太阳质量的10亿倍。主星系的质量越大,中心黑洞的质量也越大。

目前关于超大质量黑洞起源的理论可分为三类。1)它们就像较小的恒星质量的黑洞一样,从恒星的内爆中形成,并以某种方式聚集了足够的物质来发展成超大质量的黑洞;2)早期宇宙中的特殊条件允许形成超大质量的恒星,这些恒星崩溃后立即形成巨大的黑洞"种子";或者3)未来超大质量黑洞的种子诞生于密集的星团中,星团的整体质量足以以某种方式从引力塌缩中创造出它们。

到目前为止,这些黑洞“种子”理论中没有一个占据主导地位。像Henize 2-10这样的矮星系提供了有希望的潜在线索,因为它们在宇宙时间中一直保持着小规模,而不是经历像银河系这样的大星系的增长和合并。天文学家认为,矮星系黑洞可以作为早期宇宙中黑洞的类似物,当时它们刚刚开始形成和成长。

“第一批黑洞的时代不是我们所能看到的,所以它真的成为了一个大问题:它们从哪里来?矮星系可能保留了一些关于黑洞‘播种’情景的记忆,否则这些记忆会在时间和空间中消失,”Reines说。

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