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類星體新發現:可持續產生新恒星

2019-08-14 09:36:21  來源:新浪科技

北京時間8月12日消息,據國外媒體報道,美國堪薩斯大學一個研究團隊宣布了一項重要發現:有些星系的中心存在類星體,但因其內部含有豐富的低溫氣體,因而仍然可以持續產生出新生的恒星。這是一大突破,它將推翻現有關于星系成熟的理論并可能代表了星系生命周期內的一段此前不為人知的階段。

類星體(quasar)也被稱為“類星射電源”(quasi-stellar radio source),天文學家們認為其本質上其實是一類活動星系核,這里存在一個超大質量的黑洞。大量氣體物質落向黑洞時,會在周圍形成一個巨大的吸積盤,并在此過程中釋放出驚人強度的電磁波輻射,其在特定電磁波段的亮度常常可以超過一整個常規星系。一般情況下,類星體的形成就類似于一個星系的“退休”,在過去,類星體的形成通常被視作是一個星系喪失孕育新生恒星的能力,逐步邁向死亡的標志。

那些落向黑洞的氣體物質會在加熱,并釋放出強烈的X射線。不同波長的電磁波直接對應的是不同的溫度。比如說,人體的體溫會產生紅外波段輻射,而能夠產生X射線輻射的天體,那就是宇宙中最高溫的天體之一了。這些氣體物質聚集在吸積盤內部,由于接近光速的高速轉動引發的劇烈摩擦而被急劇加熱。同時這一區域的磁場線也發生嚴重的扭曲和纏繞。這一點與太陽耀斑的產生機制存在相似之處,在磁感線作用下,你會觀察到大量的物質拋射現象發生,這些物質被拋離黑洞附近。這些氣體物質噴流實際上抑制了星系的氣體物質供應,因此星系便再也得不到更多的氣體物質供應以孕育新生之恒星,而當一個星系不再能夠產生新生恒星時,我們便將其視作一個接近死亡的星系。

但最新研究中發現,在擁有吸積盤與超大質量黑洞的星系中,大約有10%的星系在進入這一階段之后仍然擁有低溫氣體供應,因而仍然可以持續產生新的恒星。

這10%的星系,本身的內部差異就非常大:有些星系能夠看到非常明顯的合并歷史痕跡,而其他一些星系看著就像銀河系,擁有很明顯的懸臂結構,而還有一些則顯得相當致密。從這種多樣化的樣本中,再次挑選出其中10%,這些成員星系都非常致密,而且都是發藍色光,溫度很高,亮度很高的源,這些星系的情況幾乎完全符合一個超大質量黑洞通過大量消耗氣體物質,從而導致一個星系徹底喪失孕育新生恒星能力之后的樣子。這是一個個接近死亡的星系,但卻隱約在其中的一些星系內部觀察到低溫氣體的跡象。像這樣的星系將其稱作“低溫類星體”(cold quasars)。

所謂“低溫類星體”現象,實際上可能是星系臨終前演化的一個短暫,因而此前尚未被注意到的階段。如果用人的一生來做比喻的話,轉瞬即逝的“低溫類星體”階段,可能就像是一個星系的“退休派對”。處于這一階段的星系很罕見,因為這一階段持續時間很短暫,而研究團隊剛好捕捉到了恒星新生過程徹底停止之前的這一短暫時刻。

研究團隊最早是在分析美國斯隆數字巡天項目的數據時產生相關研究設想的。斯隆數字巡天數據庫是這個世界上現有的最全面精細的星系數字地圖。在一個編號82的天區內,研究團隊調用歐洲空間局XMM牛頓空間望遠鏡在X波段拍攝的這一天區的圖像數據鑒定出了一些類星體。

X射線是搜尋生長中黑洞的關鍵手段。從那里出發,研究組再次調用赫歇爾紅外空間望遠鏡,在紅外波段觀察這一天區。在紅外波段,研究組可以檢測這里存在的塵埃和氣體類低溫物質。

這項研究的意義在于進一步明確了星系內部恒星新生機制的停止過程是如何進行的,并推翻了現有關于類星體的一些觀點。

此前已經知道類星體會經歷一個被塵埃云遮蔽的階段,超大質量黑洞會被大量塵埃包圍,我們將其稱“紅色類星體”階段(red quasar phase)。但現在又發現了此前沒有注意到的新的過渡階段。在此之前,如果你跟一個研究類星體的人說,你發現了一個明亮的類星體,溫度很高,發藍色光,但同時其內部仍然存在相當數量的塵埃和氣體,并且有相當多的新生恒星現象,那么對方會說“不可能,那不科學。”

接下來研究組計劃確定,所謂的“低溫類星體”專門存在于某一類的星系之中,還是在不同星系內都有可能發生。這是一個過渡性質的階段,持續時間可能在1000萬年左右。在宇宙尺度上,這真是屬于轉瞬即逝的概念,因而難以捕捉。 (晨風)

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