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类星体新发现:可持续产生新恒星 改写星系死亡理论
2019-08-12 09:16:30  出处:新浪科技  作者:晨风 编辑:雪花   点击可以复制本篇文章的标题和链接

美国堪萨斯大学一个研究团队宣布了一项重要发现:有些星系的中心存在类星体,但因其内部含有丰富的低温气体,因而仍然可以持续产生出新生的恒星。这是一大突破,它将推翻现有关于星系成熟的理论并可能代表了星系生命周期内的一段此前不为人知的阶段。

类星体(quasar)也被称为“类星射电源”(quasi-stellar radio source),天文学家们认为其本质上其实是一类活动星系核,这里存在一个超大质量的黑洞。大量气体物质落向黑洞时,会在周围形成一个巨大的吸积盘,并在此过程中释放出惊人强度的电磁波辐射,其在特定电磁波段的亮度常常可以超过一整个常规星系。一般情况下,类星体的形成就类似于一个星系的“退休”,在过去,类星体的形成通常被视作是一个星系丧失孕育新生恒星的能力,逐步迈向死亡的标志。

那些落向黑洞的气体物质会在加热,并释放出强烈的X射线。不同波长的电磁波直接对应的是不同的温度。比如说,人体的体温会产生红外波段辐射,而能够产生X射线辐射的天体,那就是宇宙中最高温的天体之一了。这些气体物质聚集在吸积盘内部,由于接近光速的高速转动引发的剧烈摩擦而被急剧加热。同时这一区域的磁场线也发生严重的扭曲和缠绕。

这一点与太阳耀斑的产生机制存在相似之处,在磁感线作用下,你会观察到大量的物质抛射现象发生,这些物质被抛离黑洞附近。这些气体物质喷流实际上抑制了星系的气体物质供应,因此星系便再也得不到更多的气体物质供应以孕育新生之恒星,而当一个星系不再能够产生新生恒星时,我们便将其视作一个接近死亡的星系。但最新研究中发现,在拥有吸积盘与超大质量黑洞的星系中,大约有10%的星系在进入这一阶段之后仍然拥有低温气体供应,因而仍然可以持续产生新的恒星。

这10%的星系,本身的内部差异就非常大:有些星系能够看到非常明显的合并历史痕迹,而其他一些星系看着就像银河系,拥有很明显的悬臂结构,而还有一些则显得相当致密。从这种多样化的样本中,再次挑选出其中10%,这些成员星系都非常致密,而且都是发蓝色光,温度很高,亮度很高的源,这些星系的情况几乎完全符合一个超大质量黑洞通过大量消耗气体物质,从而导致一个星系彻底丧失孕育新生恒星能力之后的样子。这是一个个接近死亡的星系,但却隐约在其中的一些星系内部观察到低温气体的迹象。像这样的星系将其称作“低温类星体”(cold quasars)。

所谓“低温类星体”现象,实际上可能是星系临终前演化的一个短暂,因而此前尚未被注意到的阶段。如果用人的一生来做比喻的话,转瞬即逝的“低温类星体”阶段,可能就像是一个星系的“退休派对”。处于这一阶段的星系很罕见,因为这一阶段持续时间很短暂,而研究团队刚好捕捉到了恒星新生过程彻底停止之前的这一短暂时刻。

研究团队最早是在分析美国斯隆数字巡天项目的数据时产生相关研究设想的。斯隆数字巡天数据库是这个世界上现有的最全面精细的星系数字地图。在一个编号82的天区内,研究团队调用欧洲空间局XMM牛顿空间望远镜在X波段拍摄的这一天区的图像数据鉴定出了一些类星体。

X射线是搜寻生长中黑洞的关键手段。从那里出发,研究组再次调用赫歇尔红外空间望远镜,在红外波段观察这一天区。在红外波段,研究组可以检测这里存在的尘埃和气体类低温物质。这项研究的意义在于进一步明确了星系内部恒星新生机制的停止过程是如何进行的,并推翻了现有关于类星体的一些观点。

此前已经知道类星体会经历一个被尘埃云遮蔽的阶段,超大质量黑洞会被大量尘埃包围,我们将其称“红色类星体”阶段(red quasar phase)。但现在又发现了此前没有注意到的新的过渡阶段。在此之前,如果你跟一个研究类星体的人说,你发现了一个明亮的类星体,温度很高,发蓝色光,但同时其内部仍然存在相当数量的尘埃和气体,并且有相当多的新生恒星现象,那么对方会说“不可能,那不科学。”

接下来研究组计划确定,所谓的“低温类星体”专门存在于某一类的星系之中,还是在不同星系内都有可能发生。这是一个过渡性质的阶段,持续时间可能在1000万年左右。在宇宙尺度上,这真是属于转瞬即逝的概念,因而难以捕捉。

类星体新发现:可持续产生新恒星 改写星系死亡理论

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