完美风暴阻止恒星在超大黑洞周围形成
完美风暴阻止恒星在超大黑洞周围形成
艺术家笔下描绘的NGC1266的中心区域。中央黑洞射出的喷流在周围的分子云中产生了湍流，阻止新的恒星在这片原本非常适合恒星形成的区域中诞生。图片来源:B.Saxton(NRAO/AUI/NSF)
超大质量黑洞驱动的高能喷流能够驱散星系中可供恒星形成的原料，使它所在的星系变得死气沉沉——只有那些古老的红色恒星还在发光，却几乎没有氢气能够产生新的恒星。而如今，利用位于智利的阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵（ALMA），天文学家发现，黑洞并不需要如此强大，也能够压制周围恒星的形成。
NGC1266是位于波江座中的一个透镜状星系，距离我们大约1亿光年。透镜状星系类似于旋涡星系，但是其中几乎没有星际气体可供新恒星诞生。NGC1266的中心有一个不算太大的超大黑洞。通过观测这个星系中心的尘埃和气体，天文学家发现了一场“完美风暴”，使得原本条件极为理想的恒星制造“工厂”被迫停工。而激起这场“风暴”的，正是星系中心的黑洞射出的喷流撞入相对致密的气体包层而产生的湍流。
美国加州理工学院红外处理及分析中心的天文学家凯瑟琳·阿拉塔洛（KatherineAlatalo）说，“就像一股不可阻挡的力量遇到了一个不可移动的物体，这些喷流中的粒子在撞上周围的致密气体时，遇到了太过强大的阻力，几乎完全停下了前进的步伐。”如此激烈的碰撞在周围的气体中产生了强大的湍流，破坏了恒星形成最初的关键阶段。
此前天文学家对NGC1266的观测，揭示了大量气体正在每秒400千米的速度从星系的中心向外移动。阿拉塔洛及其同事估计，这些气体外流的威力相当于10000颗恒星同时发生超新星爆炸。这些喷流虽然足以搅动这些气体，却不足以将它们的速度加快到逃离整个星系所需的速度。
美国国家射电天文台的天文学家马克·莱西（MarkLacy）说，“换一个视角来看，这些喷流向气体中注入了湍流，让它们无法平静下来，也就没有机会坍缩形成恒星。”
黑洞射出的喷流搅动了周围的分子云，从这张示意图上可以看到喷流和分子云的运动方向。图片来源：B.Saxton(NRAO/AUI/NSF)
ALMA观测的区域包含大量可供恒星形成的气体，质量相当于太阳的大约4亿倍，这比我们银河系里迄今发现的最大一团恒星形成分子云还要大出100倍。通常情况下，像这样聚集成一团的气体应该能够以一定速率产生出新的恒星，但天文学家在这个星系中实际观测到的恒星形成率，只有前面“一定速率”的1/50。
在此之前，天文学家曾经认为，只有最为强大的类星体和射电星系中心所含的黑洞，才拥有足够强大的威力，有能力关闭星系中恒星形成的开关。莱西解释说，“过去人们通常假设，喷流必须足够强大到可以把气体完全吹出星系，才能够有效地阻止恒星的形成。”
为了作出这一发现，天文学家先定位了这个星系中发出红外线的位置。通常，红外线与恒星形成有关，能够让天文学家检测到新的恒星正在形成的区域。然而，在NGC1266这个星系中，红外线完全来源于星系中央极小的一片区域。阿拉塔洛指出，“这片区域非常小，小到这些红外线几乎不可能来源于恒星形成。”
借助ALMA极佳的灵敏度和分辨率，天文学家终于能够追踪到了这个星系中心极为致密的分子云所在的位置。他们发现，这些气体包围在这个非常紧凑的远红外光源的周围。
哈勃空间望远镜和CARMA拍摄的NGC1266。放大的插图图显示了被黑洞的喷流推动的分子云（红线和蓝红所示区域），中央的CARMA数据（黄线所示）则表明了致密分子云所在的区域。图片来源:NASA/ESAHubble;CARMA;KateyAlatalo
通常情况下，如此致密的气体应该会以极高的速率形成恒星。接下来，气体中的尘埃会被年轻的恒星加热，远远看去就成了一个又亮又大的红外线光源。这个星系中心的红外线源如此之小又如此之暗，暗示NGC1266中心的这些气体并没有形成恒星，似乎在挑衅恒星形成的规律。
这些天文学家还推测，这片区域存在某种反馈机制在发挥作用。最终，星系中心的黑洞会平静下来，由它的喷流引发的湍流也会消失，让恒星形成过程能够重新开始。然而，重新启动的恒星形成过程，又会在致密气体中带来较大扰动，使气体落向黑洞，激发它射出喷流，再次关闭恒星形成过程。
相关研究的论文，近期发表在《天体物理学报》（AstrophysicalJournal）上。（编辑：Steed）
编译来源美国国家射电天文台官网'PerfectStorm'QuenchingStarFormationaroundaSupermassiveBlackHole