活躍黑洞產生的強大風暴影響星系的演化_風聞

類星體是在極其遙遠距離外觀測到的高光度天體，其中包含一個正在吞噬大量物質的超大質量黑洞，它們比星系小很多，但是釋放的能量卻比一個擁有數千億顆恆星的星系還要強大上千倍。

天文學家利用哈勃太空望遠鏡及其攜帶的宇宙起源光譜儀（COS）觀測到已知最活躍的類星體物質拋射現象。黑洞附近生成的輻射壓力將物質加速到亞光速推離星系中心，產生猛烈地“類星體風”掃過星系盤，像海嘯一樣衝擊整個星系，對星系的構造產生嚴重影響，使原本會形成新恆星的物質被驅除，阻斷了這些區域恆星的產生。

黑洞在吞噬落入其中的物質時，熾熱氣體將其包圍併發出強烈輻射，產生的輻射壓驅動周圍的物質並將其推離星系的中心。這些被排擠出的物質被加速到驚人的亞光速，宇宙中沒有其它現象能夠產生比它更強大的能量。在上千萬年時間中，持續輸出比伽馬射線爆（GRB）強大百萬倍的能量。

這種強大的輻射每年都能推動數百個太陽質量的物質，產生的能量比整個星系發出的光輻射高出數百倍。當這些物質“掃蕩”到周圍的氣體與塵埃時，會將其推送到更遠的地方，這個過程持續地影響整個星系的演化。

上圖是一個以活躍類星體為中心的遙遠星系示意圖。圖片來自：NASA，ESA & J. Olmsted（STScI）

當這場宇宙海嘯猛烈掃蕩星際物質時，衝擊波前沿的温度飆升至數十億度，使那裏的物質產生以X射線為主的強烈輻射，也包括更廣泛的光譜波段。

任何目睹此事件的人都能欣賞到這個絢麗的景象：首先是X射線與伽瑪射線的大爆發，然後它會瀰漫到可見光及紅外波段，就像是一場宏大的燈光秀，照映出一顆擴展到整個星系的聖誕樹。

結合星系演化的數學模型，此現象可以解釋一些重要的宇宙學難題。比如為什麼天文學家觀察到宇宙中似乎缺少大型星系；以及為什麼星系質量與其中心黑洞質量之間存在關聯。研究表明這種強大的“類星體風”應該在早期宇宙中普遍存在。

幾十年來，理論天文學家與觀測天文學家都認為：存在一些物理過程阻止了大質量星系中恆星的產生，但這一過程的具體細節一直是個謎團。如今將觀測到的這種“類星體風”現象納入星系演化模型可以解決這個問題。

天文學家通過13個類星體的觀測數據，研究它們發光氣體光譜中譜線的頻移來分析“類星體風”的速度。氣體在空間中快速運動，使特定物質產生的吸收線在光譜中發生位移，這是由多普勒效應產生的波長壓縮或拉伸現象。目前只有哈勃望遠鏡具有紫外波段的觀測能力，使天文學家能夠獲得足夠數據，進而研究這種“類星體風”現象。

除了觀測到輻射能量最強的類星體外，研究團隊還發現了一個噴流加速度最快的類星體。在三年的時間裏，觀察到它從時速6900萬公里加速到時速約7400萬公里，科學家認為隨着時間的推移，其加速度還將繼續增加。

哈勃望遠鏡的紫外波段觀測能力使天文學家能夠研究類星體的整個能量輸出範圍，這在以前只能通過難度更大的X射線波段觀測才能做到。通過對這些現象的觀測與研究，天文學家可能對超大質量黑洞的成長與宿主星系的演化之間的關係獲得新的認識。

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編譯：酆都御史

原文：https://hubblesite.org/contents/news-releases/2020/news-2020-10

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