來自歐洲航天局XMM-牛頓x射線天文台（XMM-牛頓衛星）的數據揭示了超大質量黑洞，是如何在橫掃星際物質的強風作用下形成宿主星系。在一項新研究中，科學家們分析了XMM-牛頓衛星對活躍星系PG 1114+445核心黑洞長達8年的觀測，展示了超快的黑洞風（從離黑洞非常近的吸積盤釋放出的氣體）如何與星系中心的星際物質相互作用。這些噴流以前也被發現過，但新研究首次明確指出了它們與宿主星系相互作用的三個階段。
義大利米蘭國家天體物理研究所的首席研究員羅伯托·塞拉菲內利說：這些風可能解釋了一些科學家多年來已經知道，但無法解釋的關聯。例如，發現超大質量黑洞的質量與其宿主星系內部恆星速度色散之間存在相關性。但這絕不可能是由於黑洞的引力作用，研究首次表明，這些黑洞風如何在更大範圍內影響星系，可能提供了缺失的環節。
天文學家先前已經在活動星系核(已知包含超大質量黑洞的星系緻密中心區域)發出的x射線光譜中發現了兩種類型外流。即所謂的超高速流出物(ufo)，由高度電離的氣體構成，其速度可達光速的40%，在中心黑洞附近可以觀測到。
較慢的外流，被稱為熱吸收體，以較低速度以數百公里/秒的速度傳播，並具有與周圍星際物質類似的物理特性，如粒子密度和電離。這些較慢的外流更有可能在距離星系中心較遠地方被探測到。在這項新研究中，科學家們描述了第三種結合了前兩種特徵的流出物：超高速流出物的速度和熱吸收體的物理特性。這就是超高速流出物接觸星際物質並像掃雪機一樣把它掃走的時刻。
天文學家稱之為『夾帶的超高速流出』，因為現階段的超高速流出物正在穿透星際物質，這就像風把船吹到海里一樣。這一過程發生在距離黑洞數十至數百光年的地方，超高速流出物逐漸將星際物質推離星系中心，使其遠離氣體，並減緩超大質量黑洞周圍物質的增長。雖然模型之前已經預測了這種類型的相互作用，但目前的研究是第一個提出三個階段的實際觀測結果。
羅馬托爾維加塔大學和美國宇航局戈達德太空飛行中心的合著者弗朗西斯科·湯貝西說：說在XMM-牛頓衛星數據中，可以看到距離星系中心更大距離的物質，這些物質還沒有受到內超高速流出物的干擾，還可以看到離黑洞更近的雲，離星系的核心更近，在那裡超高速流出物開始與星際物質相互作用。第一次相互作用發生在超高速流出物離開黑洞多年之後，但是超高速流出物的能量，使這個相對較小的黑洞能夠撞擊遠遠超出其引力範圍的物質。
超大質量黑洞通過這些流出物將能量轉移到周圍環境中，並逐漸將星系中心區域從氣體中清除出去，從而阻止恆星的形成。事實上，今天星系產生恆星的頻率遠低於演化早期階段的頻率。這是第六次發現這些超高速流出物流出，這都是非常新的科學。這些流出階段之前已經被單獨觀察到，但直到現在它們之間的聯繫還不清楚。XMM-牛頓衛星前所未有的能量解析度，是區分與這三種外流相對應的三種特徵關鍵。
在未來，有了新的更強大太空望遠鏡，如歐洲航天局高級高能天體物理學望遠鏡雅典娜，天文學家將能夠觀察到成千上萬個超大質量黑洞，更容易探測到這種外流。雅典娜將比XMM-牛頓敏感100多倍，計劃在本世紀30年代初發射。歐洲航天局的xmm -牛頓項目科學家Norbert Schartel說：找到一個來源是很好的，但是知道這種現象在宇宙中很常見，這將是一個真正的突破。未來更多數據將有助於解開超大質量黑洞和宿主星系之間複雜相互作用的細節，並解釋天文學家觀測到數十億年來恆星形成的減少。
博科園｜研究/來自：歐洲航天局
參考期刊《天文學和天體物理學》
DOI: 10.1051/0004-6361/201935275
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