研究人員借助MaNGA巡天數(shù)據(jù)，繪制了140個(gè)星系的冷氣體分布圖，發(fā)現(xiàn)它們正以奇特的有序方式向星系中心漂移。

宇宙中部分巨型星系在數(shù)十億年前就已停止孕育恒星，至今其成因仍未有定論。令人費(fèi)解的是，這些星系中許多仍保有氣體——這本是形成新恒星的基礎(chǔ)燃料。理論上它們本應(yīng)活躍造星，實(shí)際卻長(zhǎng)期沉寂。如今，天文學(xué)家通過研究一類罕見的"紅色星暴"星系，可能找到了破解謎題的關(guān)鍵線索。

研究表明，星系內(nèi)部緩慢有序流動(dòng)的冷氣體（或來自鄰近星系相互作用的補(bǔ)給），可能正悄然滋養(yǎng)著中央黑洞，使這些黑洞得以溫和抑制恒星形成，而不會(huì)摧毀整個(gè)星系。"輕微星系合并與相互作用是高效的補(bǔ)燃過程，它們輸送的冷氣體墜入星系中心喂養(yǎng)黑洞，使其能長(zhǎng)期持續(xù)壓制恒星形成，"該研究第一作者、加州大學(xué)圣克魯茲分校本科生阿里安·莫格尼解釋道。

如何追蹤隱藏的氣體流？

紅色星暴星系僅占鄰近非活動(dòng)星系的6%-8%，這類特殊星系最初通過SDSS-IV計(jì)劃的MaNGA巡天數(shù)據(jù)被發(fā)現(xiàn)——該巡天能繪制整個(gè)星系中氣體與恒星的運(yùn)動(dòng)圖譜。其顯著特征在于存在橫跨數(shù)萬光年的微弱星系級(jí)電離氣體外流，學(xué)界普遍認(rèn)為這是星系中心超大質(zhì)量黑洞活動(dòng)的跡象。

但莫格尼指出："關(guān)鍵在于這些黑洞如何獲得燃料。先前研究雖發(fā)現(xiàn)氣體流入特征，但其來源及與超大質(zhì)量黑洞的關(guān)聯(lián)尚不明確。"為此，研究團(tuán)隊(duì)利用MaNGA光譜數(shù)據(jù)對(duì)140個(gè)紅色星暴星系展開研究，將觀測(cè)重點(diǎn)從炙熱的電離氣體轉(zhuǎn)向更難探測(cè)卻對(duì)供養(yǎng)黑洞至關(guān)重要的冷中性氣體。

意外發(fā)現(xiàn)

通過追蹤鈉D吸收線（揭示100-1000開爾文溫度氣體的光譜特征），團(tuán)隊(duì)建模測(cè)量了氣體運(yùn)動(dòng)速度與紊亂程度。結(jié)果令人驚訝：這些氣體非但沒有猛烈內(nèi)沖或劇烈擾動(dòng)，反而以約47公里/秒的速度（僅為引力自由落體預(yù)期速度的10%）平穩(wěn)有序地向中心漂移，其隨機(jī)運(yùn)動(dòng)幅度遠(yuǎn)低于周圍恒星。

研究還發(fā)現(xiàn)流入氣體與黑洞活動(dòng)的強(qiáng)關(guān)聯(lián)：約30%的星系釋放射電波（表明中央黑洞活躍），且這些星系中冷氣體流入?yún)^(qū)域比無射電輻射的紅色星暴星系大三分之一，證實(shí)緩慢氣流正在直接喂養(yǎng)黑洞。"冷氣體流入與超大質(zhì)量黑洞活動(dòng)密切關(guān)聯(lián)的景象令人振奮，它們似乎被輸送到星系中心維持黑洞活動(dòng)，"莫格尼補(bǔ)充道。

環(huán)境影響

星系相互作用或輕微合并痕跡明顯的紅色星暴星系含有更多流入氣體——發(fā)生相互作用的星系冷氣體流入量是孤立星系的2.5倍。這種相遇如同補(bǔ)給系統(tǒng)，持續(xù)輸送新氣體維持黑洞長(zhǎng)期低調(diào)活動(dòng)。

揭示星系衰老的新窗口

這些發(fā)現(xiàn)共同支撐了紅色星暴星系內(nèi)部的自我調(diào)節(jié)循環(huán)：相互作用與內(nèi)部過程驅(qū)動(dòng)冷氣體緩慢內(nèi)流，供養(yǎng)中央黑洞釋放溫和能量——足以阻止恒星形成卻不會(huì)摧毀星系。這種精妙平衡使得大質(zhì)量星系即使存有造星物質(zhì)，仍能保持?jǐn)?shù)十億年的沉寂。

該研究通過追蹤全星系尺度的冷氣體運(yùn)動(dòng)，首次為這一過程提供了罕見的直接證據(jù)。但仍有局限：目前尚無法追蹤氣體直達(dá)黑洞的過程，黑洞能量抑制恒星形成的具體物理機(jī)制仍是懸而未決的問題。團(tuán)隊(duì)下一步計(jì)劃結(jié)合更高分辨率數(shù)據(jù)與模擬，追蹤更接近星系核心的氣體運(yùn)動(dòng)。若在其他非活動(dòng)星系中發(fā)現(xiàn)類似氣體流入模式，紅色星暴星系或?qū)⒊蔀槔斫庥钪嫘窍等绾螠睾退ダ系年P(guān)鍵模型。

該研究成果已在美國(guó)天文學(xué)會(huì)年會(huì)上發(fā)布，即將發(fā)表于《天體物理學(xué)雜志》。

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