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哈勃发现一个黑洞在一个矮星系中点燃恒星形成

天文学与空间 2023-02-23 11:21:16

欧空局/哈勃信息中心 哈勃可见光图像中,矮星暴星系Henize 2-10闪耀着年轻恒星的光芒

中心明亮的区域,被粉红色的云和黑色的尘埃带包围着,表明了银河系大质量黑洞和活跃恒星孕育区的位置

荣誉:美国航天局、欧空局、扎卡里·舒特(XGI)、艾米·赖因斯(XGI)、阿里萨·帕甘(科学技术学院) 黑洞经常被描述为宇宙中的怪物——撕裂恒星,吞噬任何靠得太近的东西,并俘获光

然而,来自美国宇航局哈勃太空望远镜的详细证据显示,黑洞以一种新的方式出现:促进而不是抑制恒星的形成

哈勃对矮星暴星系Henize 2-10的成像和光谱学清楚地显示,一股气体从黑洞流出,像脐带一样延伸到明亮的恒星bi rth区域,引发已经密集的云形成恒星团

天文学家此前曾争论过,矮星系可能有一个黑洞,类似于较大星系中的超大质量黑洞

随着宇宙时间的推移,矮星系一直很小,对矮星系的进一步研究可能会揭示超大质量黑洞的第一批种子是如何在宇宙历史中形成和演化的

在美国宇航局哈勃太空望远镜的最新研究中,黑洞通常被描绘成囚禁光线的破坏性怪物,扮演着不那么邪恶的角色

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

黑洞显然促成了银河系中新恒星形成的风暴

矮星系位于3000万光年之外,在南星座Pyxis

10年前,这个小星系引发了天文学家的争论,即矮星系是否是黑洞的家园,与在较大星系中心发现的超大质量庞然大物成正比

这一新发现几乎没有海涅泽2-10,只包含我们银河系中发现的恒星数量的十分之一,准备在解决超大质量黑洞最初来自哪里的谜团中发挥重要作用

“十年前,作为一名研究生,我认为我会把我的职业生涯花在恒星形成上,我看了海涅泽2-10的数据,一切都变了,”艾米·赖恩斯说,她在2011年发表了银河系黑洞的第一个证据,是哈勃新观测的主要研究者,发表在1月19日的《自然》杂志上

Reines说:“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,现在哈勃提供了一张非常清晰的照片,显示了黑洞和邻近的恒星形成区之间的联系,该恒星形成区距离黑洞230光年。”

矮星暴星系Henize 2-10中心区域的一次拉出追踪了一个230光年长的热气体外流,或称桥,连接了该星系的大质量黑洞和恒星形成区域

哈勃关于黑洞流出速度的数据,以及年轻恒星的年龄,表明了两者之间的因果关系

几百万年前,流出的热气猛烈撞击恒星孕育室的致密云并扩散开来,就像水管里的水冲击一堆泥土

现在年轻恒星群垂直于外流排列,揭示了它的传播路径

荣誉:美国航天局、欧空局、扎卡里·舒特(XGI)、艾米·赖因斯(XGI)、阿里萨·帕甘(科学技术学院) 这种联系是一种气体的流出,像脐带一样延伸到整个空间,到达一个明亮的恒星托儿所

当低速外流到达时,该地区已经是稠密的气体茧的家园

哈勃光谱显示,流出的气体以每小时100万英里的速度流动,像花园软管撞击一堆泥土一样猛烈撞击稠密的气体,并向外扩散

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

这与在较大星系中看到的情况相反,在较大星系中,落向黑洞的物质被周围的磁场带走,形成以接近光速的速度运动的炽热等离子体射流

喷流路径中捕获的气体云将被加热,远远超过它们冷却并形成恒星的能力

但是由于海涅泽2-10中质量较小的黑洞,以及其较平缓的流出,气体被压缩到刚好足以沉淀新的恒星形成

“距离我们只有3000万光年,海涅泽2-10距离我们足够近,哈勃能够非常清晰地捕捉到黑洞流出的图像和光谱证据

另外令人惊讶的是,这种外流非但没有抑制恒星的形成,反而引发了新恒星的诞生,”赖恩斯的研究生、这项新研究的主要作者扎卡里·舒特说

自从她在海涅泽2-10中首次发现独特的无线电和X射线发射以来,Reines一直认为它们可能来自一个巨大的黑洞,但不像在更大的星系中看到的那样超大质量

然而,其他天文学家认为,辐射更有可能是由超新星遗迹发出的,这在一个快速喷出大质量恒星并迅速爆炸的星系中是常见的现象

“哈勃惊人的分辨率清楚地显示了气体速度的螺旋状模式,我们可以将其与黑洞的旋进或摆动流出模型相匹配

超新星遗迹不会有这种模式,因此这实际上是我们确凿的证据,证明这是一个黑洞,”Reines说

矮星暴星系Henize 2-10罗盘

荣誉:美国航天局、欧空局、扎卡里·舒特(XGI)、艾米·赖因斯(XGI)、阿里萨·帕甘(科学技术学院) Reines预计,未来将会有更多针对矮星系黑洞的研究,目的是将它们作为线索,揭示超大质量黑洞是如何出现在早期宇宙中的

这对天文学家来说是一个长期的难题

银河系的质量和它的黑洞之间的关系可以提供线索

海涅泽2-10中的黑洞大约有100万个太阳质量

在较大的星系中,黑洞的质量可能是我们太阳质量的10亿倍以上

宿主星系越大,中心黑洞越大

目前关于超大质量黑洞起源的理论分为三类:1)它们就像较小的恒星质量黑洞一样,由恒星内爆形成,并以某种方式聚集了足够的物质来生长超大质量,2)早期宇宙的特殊条件允许超大质量恒星的形成,这些恒星立即坍缩形成大质量黑洞“种子”,或者3)未来超大质量黑洞的种子诞生在密集的星团中,星团的总质量足以以某种方式从引力坍缩中产生它们

到目前为止,这些黑洞播种理论都没有领先

像海涅泽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里一直很小,而不是像银河系这样的大型星系的增长和合并

天文学家认为矮星系黑洞可以作为早期宇宙中黑洞的模拟,那时黑洞刚刚开始形成和成长

“第一个黑洞的时代不是我们能够看到的,所以它真的成为了一个大问题:它们来自哪里?矮星系可能会保留一些黑洞播种场景的记忆,否则这些记忆会随着时间和空间而丢失,”Reines说

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