在早期宇宙中检测到垂死星系内的超大质量黑洞

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  由日本国立天文台领导的一组国际研究小组透过分析多个波段的星系样本,发现超大质量黑洞通常存在于100多亿年前已完成恒星形成的星系中心,研究表示遥远宇宙星系中的黑洞与恒星形成活动的结束间存在着密切的关係。星系是恒星的集合体,了解恒星是如何在星系中诞生,将有助于我们对星系的演化更加了解,而想解开这个谜团的关键之一在于遥远的宇宙。

  银河系中有着各种不同年龄的恒星,包含许多仍在形成的恒星。但在椭圆星系里,不仅所有的恒星年老,且年龄大致相同。这表示椭圆星系在早期历史曾有一段多产的恒星形成时期,但却突然结束。为什么恒星的形成在某些星系中停止,而在其他星系中却没有,原因尚不清楚。但其中一种可能性是超大质量黑洞扰乱了星系中的气体,而创造了一个不适合恒星形成的环境。为了验证此一理论,天文学家观察了远在100亿光年外的天体发出的光,这些光必须经过100亿年的旅程才能到达地球。因此,我们今天看到的光显示了100亿年前光离开该星系时的样子,就如同回顾过去一样。但这中间的距离会使得遥远的星系看起来更暗,让研究变得困难。

  为了克服这些困难,研究团队使用COSMOS分析来自9.5亿~125亿光年外的星系,以检测来自早期宇宙中垂死星系的活跃超大质量黑洞的讯号。COSMOS是一个大型的国际资料库,结合了包含无线电波、红外光、可见光和X射线等领先全球的望远镜资料,例如阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列(ALMA)和速霸陆望远镜(Subaru Telescope)。研究人员先使用光学和红外资料来识别两组星系,分别是正在形成恒星的星系,和已停止恒星形成的星系。由于X射线和无线电波资料的讯噪比太弱,无法识别单个星系,因此将不同星系的资料结合起来,以产生「平均」星系的较更高讯噪比影像,并从其中确认了无恒星形成星系的X射线和无线电波影像。

  这是第一次在距离超过100亿光年外的遥远星系中检测像这样的电磁波辐射,分析得到的X射线和无线电波比预期的都还要强,无法仅用星系中的恒星来解释,这表示存在一个活跃的超大质量黑洞。而对于正在形成恒星的星系,这种黑洞活动讯号则较弱。因此,研究小组得出结论,早期宇宙中恒星形成的结束其原因可能与超大质量黑洞活动的增加有关,未来还需要更多的研究来确定细节。该研究成果发表于《The Astrophysical Journal》期刊上。(编译/台北天文馆赵瑞青)

研究方法概念图。图片来源:日本国立天文台
图说:研究方法概念图。图片来源:日本国立天文台

资料来源:Phys.org

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