天文学家发现黑洞正在“饿死”其宿主星系

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天文学家利用美国宇航局/欧洲航天局詹姆斯·韦伯太空望远镜证实，超大质量黑洞可以使其宿主星系缺乏形成新恒星所需的燃料。研究结果发表在《自然天文学》杂志上。
由剑桥大学联合领导的国际团队利用韦伯望远镜观测了宇宙早期（大约大爆炸后 20 亿年）一个大小与银河系相当的星系。与大多数大型星系一样，它的中心有一个超大质量黑洞。然而，这个星系基本上已经“死亡”了：它基本上已经停止形成新恒星。
“根据早期的观测，我们知道这个星系处于淬灭状态：考虑到它的大小，它不会形成很多恒星，我们预计黑洞和恒星形成的终结之间存在联系，”剑桥大学卡夫利宇宙学研究所的共同主要作者弗朗西斯科德尤金尼奥博士说。
“然而，直到韦伯望远镜出现之前，我们还无法对这个星系进行足够详细的研究以证实这种联系，而且我们也不知道这种猝灭状态是暂时的还是永久的。”
该星系的正式名称为 GS-10578，但被昵称为“巴勃罗星系”，以详细观察该星系的同事的名字命名。对于宇宙的早期而言，该星系质量巨大：其总质量约为太阳质量的 2000 亿倍，其中大多数恒星形成于 125 亿至 115 亿年前。
“在早期宇宙中，大多数星系都在形成大量恒星，因此在这个时期看到如此巨大的死亡星系是很有趣的，”共同作者、卡夫利宇宙学研究所的罗伯托·马约利诺教授说。“如果它有足够的时间达到如此巨大的尺寸，那么阻止恒星形成的任何过程都可能相对较快地发生。”
研究人员利用韦伯望远镜探测到，该星系正在以每秒约 1,000 公里的速度喷出大量气体，这一速度足以摆脱星系的引力。这些快速移动的气体风被黑洞“推”出了星系。
与其他有吸积黑洞的星系一样，“巴勃罗星系”也有快速流出的热气体风，但这些气体云很稀薄，质量很小。韦伯探测到了一种新的风成分，这是以前的望远镜无法看到的。这种气体温度较低，这意味着它密度更大，而且——至关重要的是——不会发出任何光。韦伯凭借其卓越的灵敏度可以看到这些暗气体云，因为它们阻挡了来自其后方星系的部分光线。
从星系中喷出的气体质量大于星系维持新恒星形成所需的质量。从本质上讲，黑洞正在使星系饿死。
“我们找到了罪魁祸首，”德尤金尼奥说。“黑洞正在摧毁这个星系，并使其处于休眠状态，因为它切断了星系形成新恒星所需的‘食物’来源。”
尽管早期的理论模型已经预测黑洞对星系有这种影响，但在韦伯之前，还无法直接探测到这种影响。
早期模型曾预测，恒星形成的结束会对星系产生剧烈、动荡的影响，从而破坏其形状。但这个盘状星系中的恒星仍在有序地移动，这表明情况并非总是如此。
“我们知道黑洞对星系有巨大的影响，也许它们会阻止恒星的形成，这是很常见的事，但在韦伯望远镜出现之前，我们无法直接证实这一点，”麦奥利诺说。“从另一个方面来说，韦伯望远镜在研究早期宇宙及其演化方面向前迈出了一大步。”
阿塔卡马大型毫米-亚毫米阵列 (ALMA) 的新观测针对的是该星系中最冷、最暗的气体成分，它将告诉我们更多关于该星系中是否以及在何处隐藏着恒星形成的燃料，以及该星系周围区域的超大质量黑洞的影响。