黑洞是如何塑造一个星系的？黑洞风横扫一切！

来自欧洲航天局XMM-牛顿x射线天文台（XMM-牛顿卫星）的数据揭示了超大质量黑洞，是如何在横扫星际物质的强风作用下形成宿主星系。在一项新研究中，科学家们分析了XMM-牛顿卫星对活跃星系PG 1114+445核心黑洞长达8年的观测，展示了超快的黑洞风（从离黑洞非常近的吸积盘释放出的气体）如何与星系中心的星际物质相互作用。这些喷流以前也被发现过，但新研究首次明确指出了它们与宿主星系相互作用的三个阶段。

意大利米兰国家天体物理研究所的首席研究员罗伯托·塞拉菲内利说：这些风可能解释了一些科学家多年来已经知道，但无法解释的关联。例如，发现超大质量黑洞的质量与其宿主星系内部恒星速度色散之间存在相关性。但这绝不可能是由于黑洞的引力作用，研究首次表明，这些黑洞风如何在更大范围内影响星系，可能提供了缺失的环节。

天文学家先前已经在活动星系核(已知包含超大质量黑洞的星系致密中心区域)发出的x射线光谱中发现了两种类型外流。即所谓的超高速流出物(ufo)，由高度电离的气体构成，其速度可达光速的40%，在中心黑洞附近可以观测到。

较慢的外流，被称为热吸收体，以较低速度以数百公里/秒的速度传播，并具有与周围星际物质类似的物理特性，如粒子密度和电离。这些较慢的外流更有可能在距离星系中心较远地方被探测到。在这项新研究中，科学家们描述了第三种结合了前两种特征的流出物：超高速流出物的速度和热吸收体的物理特性。这就是超高速流出物接触星际物质并像扫雪机一样把它扫走的时刻。

天文学家称之为‘夹带的超高速流出’，因为现阶段的超高速流出物正在穿透星际物质，这就像风把船吹到海里一样。这一过程发生在距离黑洞数十至数百光年的地方，超高速流出物逐渐将星际物质推离星系中心，使其远离气体，并减缓超大质量黑洞周围物质的增长。虽然模型之前已经预测了这种类型的相互作用，但目前的研究是第一个提出三个阶段的实际观测结果。

罗马托尔维加塔大学和美国宇航局戈达德太空飞行中心的合著者弗朗西斯科·汤贝西说：说在XMM-牛顿卫星数据中，可以看到距离星系中心更大距离的物质，这些物质还没有受到内超高速流出物的干扰，还可以看到离黑洞更近的云，离星系的核心更近，在那里超高速流出物开始与星际物质相互作用。第一次相互作用发生在超高速流出物离开黑洞多年之后，但是超高速流出物的能量，使这个相对较小的黑洞能够撞击远远超出其引力范围的物质。

超大质量黑洞通过这些流出物将能量转移到周围环境中，并逐渐将星系中心区域从气体中清除出去，从而阻止恒星的形成。事实上，今天星系产生恒星的频率远低于演化早期阶段的频率。这是第六次发现这些超高速流出物流出，这都是非常新的科学。这些流出阶段之前已经被单独观察到，但直到现在它们之间的联系还不清楚。XMM-牛顿卫星前所未有的能量分辨率，是区分与这三种外流相对应的三种特征关键。

在未来，有了新的更强大太空望远镜，如欧洲航天局高级高能天体物理学望远镜雅典娜，天文学家将能够观察到成千上万个超大质量黑洞，更容易探测到这种外流。雅典娜将比XMM-牛顿敏感100多倍，计划在本世纪30年代初发射。欧洲航天局的xmm -牛顿项目科学家Norbert Schartel说：找到一个来源是很好的，但是知道这种现象在宇宙中很常见，这将是一个真正的突破。未来更多数据将有助于解开超大质量黑洞和宿主星系之间复杂相互作用的细节，并解释天文学家观测到数十亿年来恒星形成的减少。

博科园｜研究/来自：欧洲航天局

参考期刊《天文学和天体物理学》

DOI: 10.1051/0004-6361/201935275

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