活跃黑洞产生的强大风暴影响星系的演化
酆都御史
仰观宇宙之大，俯察品类之盛2020-03-20 20:21
类星体是在极其遥远距离外观测到的高光度天体，其中包含一个正在吞噬大量物质的超大质量黑洞，它们比星系小很多，但是释放的能量却比一个拥有数千亿颗恒星的星系还要强大上千倍。
天文学家利用哈勃太空望远镜及其携带的宇宙起源光谱仪（COS）观测到已知最活跃的类星体物质抛射现象。黑洞附近生成的辐射压力将物质加速到亚光速推离星系中心，产生猛烈地“类星体风”扫过星系盘，像海啸一样冲击整个星系，对星系的构造产生严重影响，使原本会形成新恒星的物质被驱除，阻断了这些区域恒星的产生。
黑洞在吞噬落入其中的物质时，炽热气体将其包围并发出强烈辐射，产生的辐射压驱动周围的物质并将其推离星系的中心。这些被排挤出的物质被加速到惊人的亚光速，宇宙中没有其它现象能够产生比它更强大的能量。在上千万年时间中，持续输出比伽马射线爆（GRB）强大百万倍的能量。
这种强大的辐射每年都能推动数百个太阳质量的物质，产生的能量比整个星系发出的光辐射高出数百倍。当这些物质“扫荡”到周围的气体与尘埃时，会将其推送到更远的地方，这个过程持续地影响整个星系的演化。
上图是一个以活跃类星体为中心的遥远星系示意图。图片来自：NASA，ESA & J. Olmsted（STScI）
当这场宇宙海啸猛烈扫荡星际物质时，冲击波前沿的温度飙升至数十亿度，使那里的物质产生以X射线为主的强烈辐射，也包括更广泛的光谱波段。
任何目睹此事件的人都能欣赏到这个绚丽的景象：首先是X射线与伽玛射线的大爆发，然后它会弥漫到可见光及红外波段，就像是一场宏大的灯光秀，照映出一颗扩展到整个星系的圣诞树。
结合星系演化的数学模型，此现象可以解释一些重要的宇宙学难题。比如为什么天文学家观察到宇宙中似乎缺少大型星系；以及为什么星系质量与其中心黑洞质量之间存在关联。研究表明这种强大的“类星体风”应该在早期宇宙中普遍存在。
几十年来，理论天文学家与观测天文学家都认为：存在一些物理过程阻止了大质量星系中恒星的产生，但这一过程的具体细节一直是个谜团。如今将观测到的这种“类星体风”现象纳入星系演化模型可以解决这个问题。
天文学家通过13个类星体的观测数据，研究它们发光气体光谱中谱线的频移来分析“类星体风”的速度。气体在空间中快速运动，使特定物质产生的吸收线在光谱中发生位移，这是由多普勒效应产生的波长压缩或拉伸现象。目前只有哈勃望远镜具有紫外波段的观测能力，使天文学家能够获得足够数据，进而研究这种“类星体风”现象。
除了观测到辐射能量最强的类星体外，研究团队还发现了一个喷流加速度最快的类星体。在三年的时间里，观察到它从时速6900万公里加速到时速约7400万公里，科学家认为随着时间的推移，其加速度还将继续增加。
哈勃望远镜的紫外波段观测能力使天文学家能够研究类星体的整个能量输出范围，这在以前只能通过难度更大的X射线波段观测才能做到。通过对这些现象的观测与研究，天文学家可能对超大质量黑洞的成长与宿主星系的演化之间的关系获得新的认识。
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编译：酆都御史
原文：https://hubblesite.org/contents/news-releases/2020/news-2020-10
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