罕见星系中的冷气供应,寒冷的类星体仍然可以诞生新星?

达到太阳质量十亿倍的类星体,是由黑洞驱动的遥远物体。明亮又闪耀的类星体,遮蔽了包含它们的古代星系。充满活力的它们可以清除银河系中心的气体和尘埃,并其推向了该范围以外的区域。于是,没有了任何气体和灰尘可以建造新星。

寒冷的类星体是否可以诞生新星

一般情况下,建立类星体都是宇宙中最明亮的物体类型,但这也意味着星系中恒星的形成结束。但是现在,科学家们表示即使在类星体切断气体供应之后,某些星系仍然可能会产生新星,这个时间期限比之前预期的更长一些。

科学家们通过观测资料的收集分析(XMM-牛顿望远镜),甚至怀疑在所有类型的星系中,都有可能出现晚期的意外恒星形成,并且,正在进行的研究,也揭示了这些星系生命故事中的那些昙花一现。研究团队的下一步,将是尝试确定:是否只有某些类型的星系,在其生命的最后阶段保留冷气,即它是否发生在所有星系中。

为什么宇宙中最亮的物体是类星体

研究太空中的物体就像“时间的机器”一样,因为这场旅行需在很短的时间内完成,而大多数类星体已被发现数十亿光年; 在数十亿年之前,我们可以看到光线离开时的物体。因此,当科学家们看得越远,他们就可以看到更远的时间。

在银河系的早期生命中,有2000多种已知的类星体存在,比如像银河系这样的星系,也可能曾经有过一个长期沉默的类星体。因为类星体会发射数百万、乃至数十亿,甚至数万亿电子伏特的能量。而这种能量超过星系内所有恒星的总光,并以比银河系亮10到10万次随时随地闪耀。

类星体发射出的能量,是我们银河系整个能量输出的数百、甚至数千倍,所以它们成为整个宇宙中最明亮、且最有活力的天体。研究类星体一直是一个挑战,因为它们与超大质量黑洞难以测量的质量有关。所以,关于它的研究,对于理解早期宇宙而言也至关重要。

类星体标志星系已老化而非恒星形成

首席研究员Allison Kirkpatrick(堪萨斯大学的天体物理学家)表示,在X射线和远红外光谱的研究中,她和同事们发现了几个有趣的类星体,找到了这种曾不为人知的独特过渡制度。这是类星体有一个特殊的阶段,那就是严重笼罩的尘埃模糊阶段,这些尘埃都围绕着超大质量的黑洞。

为什么科学家有一个既定前提:类星体标志着星系已经老化、而不是恒星形成?Allison Kirkpatrick将新的物体成为冷类星体,当物质落入星系中心的超大质量黑洞,随后会形成准恒星无线电源或类星体。但由于磁盘抛弃了大量的电磁能量,所以往往黑洞看上去比银河系更闪亮。

当气体周围的磁场发生扭曲的时候,正是催化气体达到接近光速之时。材料射流足以穿过那些已经扭曲的场线,导致星系的气体供应被扼杀,并阻止了更多的气体落到它上面。当没有气体的存在,银河系便无法形成新的恒星,演变成了一个被动的死星系。

从准恒星射电源到一个类星体的发现

几十年后,无线电天文学家注意到一种现象:有许多起源是谜的无线电发射源点缀着天空。直到光学望远镜可以锁定其中一个目标,只是一个光点的它最初看起来像是一颗恒星,但它的光谱是关闭的。但深入红色就意味着,有令人难以置信的快速移动和对象的遥远。所以,不是我们银河系中的一颗恒星,而是一种几乎不可能遥远的东西,并拥有几乎不可能的光明。

这种看起来像星星的无线电源,最后被称为准恒星射电源,即后来的类星体。一个类星体会拥有一个尘土飞扬的吸积盘,并释放出强烈的辐射。吸积盘是一个疯狂的地方,充满扭曲和旋转的磁场线。这个吸积盘也适用于发电机动作,可以放大磁场、且远远超出其正常幅度。在某些情况下,磁场还会扭曲并缠绕在黑洞周围,在最后一刻,将气体从事件视界中漏出,并将其从两条长而细的溪流中窜出,从黑洞中爆炸出来。这些喷射可以延伸数万光年,将物质投射到主星系本身的范围之外。

罕见星系中意想不到的冷气供应

因为质疑汇集在一起的数据,Allison Kirkpatrick和同事们开始了一场探索之旅,当“斯隆数字巡天”(Sloan Digital Sky Survey)中发现了几个有趣的类星体,最详细的宇宙数字地图便产生了。科学家结合这些数据来源之后,得出的调查显示:大约10%的具有增生超大质量黑洞的星系,仍然保持着冷气体的供应,并制造出新的恒星。

随后便使用了其他仪器的数据,从可以探测到X射线的XMM-Newton望远镜(黑洞不断增长的关键特征),到可以探测宿主星系中尘埃和气体的赫歇尔太空望远镜(远红外仪器)。像左图这样的光学蓝色类星体,不应该有红外发射。然而,右图远红外线中的同一个星系,显示出惊人的尘埃量。

科学家们的研究对象也运行了银河系类型,比如拥有明显的旋臂、或部分非常紧凑,更有一些显示出了和另一星系合并的迹象,而它们都保持着冷气供应,这个结果本身就是一个令人惊讶的发现。处于过渡阶段的他们都很罕见,研究人员在星系形成之前就捕获了他们,预估这个阶段持续时间大约为1000万年,所以,在宇宙138亿年的时间轴上,这就像是眨眼的一瞬间。