跨星系的类星体海啸

IT新视野
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天文学家们利用NASA哈勃太空望远镜的独特功能发现了宇宙中有史以来最活跃的类星体外流。这种外流起源于类星体,就像海啸一样横穿星际空间,对类星体所在的星系造成了严重破坏。

类星体,天文学名词,是类似恒星天体的简称,又称为似星体、魁霎或类星射电源,与脉冲星、微波背景辐射和星际有机分子一道并称为20世纪60年代天文学“四大发现”。长期以来,它一直是天文学家们难题榜单上的常客。

类星体的起源来自于黑洞。当黑洞吞噬物质时,炽热的气体将黑洞包围并发出强烈的辐射,从而形成类星体。由黑洞附近激起的辐射压力驱动的外流将物质推离星系的中心,这些物质会被加速到惊人的速度,甚至能达到光速的百分之几。

弗吉尼亚州布莱克斯堡的弗吉尼亚理工学院的首席研究员纳胡姆·阿拉夫解释说:“这种自然现象裹挟的机械能应该属于自然界之最了,在一千万年的生命周期中,这些流出物所产生的能量是伽马射线爆发的一百万倍。这些外流每年都在推动数百个太阳质量的物质。这些流出物携带的机械能比整个银河系的光度高数百倍。”

跨星系的类星体海啸-第1张图片-IT新视野

这是一个以活跃类星体为中心的遥远星系的图示

类星体外流如扫雪机一般扫过星系。于是,一些原本会形成新恒星的物质被从星系中清除出去,导致恒星诞生的过程停止下来。庞大的能量将气体和尘埃推到比科学家以前认为的要远得多的地方,产生了如银河般宽广的场景。

当这场宇宙海啸猛烈撞击星际物质时,海啸前部的温度飙升至数十亿度,物质在大量的X射线中剧烈发出光谱范围极广的光,在人类视角中,这种现象宏大而辉煌。“首先,物质将在X射线和伽玛射线中获得大量辐射能量,然后能量会渗透进可见光和红外光中,” Arav说。“我们可以看到巨大的灯光秀,就像整个银河系中的圣诞树一样。”

银河系演化的数值模拟表明,这种外流可以解释一些重要的宇宙学难题,例如为什么天文学家能观察到的大型星系这么少,为什么银河系质量与其中心黑洞质量之间存在联系。这项研究表明,这种强大的类星体外流应该在早期宇宙中普遍存在。

“几十年以来,理论家和观测者都知道,有一些物理现象会阻止大型星系中恒星的形成,但是这种过程的本质一直是个谜。将观测到的流出物纳入我们的模拟可以解决银河系进化中的这些突出问题。”纽约哥伦比亚大学和新泽西州普林斯顿大学的著名宇宙学家耶利米·奥斯特里克(Jeremiah P. Ostriker)解释说。

天文学家研究了13个类星体的外流,他们通过观测发光气体的光谱“指纹”来记录类外流加速的气体的惊人速度。哈勃紫外线数据表明,由于气体在空间中的快速运动,光吸收特征峰产生了多普勒频移现象,在光谱中发生了位移。天文学家们将利用哈勃望远镜的紫外线观测结果,持续观察这一物理现象。

除了测量有史以来最活跃的类星体,该团队还发现了另一个流出速度比其他都快的外流。在三年的时间内,它从每小时近4300万英里增加到每小时约4600万英里。科学家认为,随着时间的流逝,它的加速度将继续增加。

“哈勃望远镜的紫外线观测使我们能够追踪类星体的全部能量输出,从较冷的气体到更大规模的高热且高度电离的气体,”马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所的团队成员Gerard Kriss补充说,“这些以前只有在更困难的X射线观察中才能看到。如此强大的外流可能使人们对中央超大质量黑洞的生长与其整个宿主星系的发展之间的联系产生新的见解。”

该团队还包括弗吉尼亚理工大学的研究生Xinfeng Xu和博士后研究员Timothy Miller,以及太空望远镜科学研究所的Rachel Plesha,这项研究结果于2020年3月发表在一系列六篇论文中,作为《天体物理学杂志增刊》的重点刊物。

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