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星系和黑洞是如何一起成长的

在过去的二十年里,天文学家已经得出结论,大多数星系的中心都有巨大的黑洞——黑洞的质量与其所在星系是相关的。但是这两者是如何联系在一起的呢?现在,夏威夷大学的?我在Mānoa天文研究所(IfA)学生参与美国国家科学基金会(NSF)研究经历的本科生(活)计划,可能揭示了答案的一部分。

本科生丽贝卡·明斯利(Rebecca Minsley)参加了IfA 2019 REU项目,与她的导师、Maunakea光谱探险家项目副科学家安德烈亚·佩特里奇(Andreea Petric)一起工作了10周。经过对数百张星系图像的仔细筛选,明斯利开始对星系演化有了更清晰的认识。明斯利解释说:“星系的增长可能是由于与其他星系的相互作用形成的,这些相互作用形成了在星系中心生长的超大质量黑洞。”

恒星之间的气体和尘埃被称为星际介质(ISM),是黑洞成长和新恒星形成的燃料。但是最近的研究表明,与那些不存在黑洞的星系相比,ISM可能有不同的性质——尤其是在变暖的情况下。温度较高的气体不太可能坍缩成新的恒星,因此这一发现可能表明,不断增长的中心SMBH削弱了星系形成新恒星的能力。

什么可能导致ISM升温?星光,尤其是来自热恒星的星光,可以做到这一点。但是星系之间的相互作用——当它们相互碰撞甚至只是擦肩而过——可以产生大范围的冲击波,压缩更少的密度气体,使它更有可能形成恒星。明斯利利用Pan-STARRS巡天望远镜拍摄的图像研究了630个星系的形状。她把星系分为合并星系、早期合并星系和非合并星系。然后将这些形状与相同星系在较长的中红外波长下的光输出进行比较,这样她就可以研究ISM的性质了。

“当星系足够接近时,它们会经历一种星系舞蹈,直到最终合并成一个单一的实体。”这些相互作用有很好的记录的特征,使我能够对我们的星系进行分类。“这个项目让我对星系内部发生的所有过程的复杂性和复杂性有了更深入的了解,而正在进行的解构星系系统的研究非常吸引人。”

明斯利和他的同事们发现,在有活跃黑洞的星系中,ISM温度更高,热分子气体与其他冷却物质的比例更大,尘埃粒子的其他特征值范围比黑洞处于休眠状态的星系更大。

“在附近的宇宙中,我们发现,在星系中心存在着正在成长的超大质量黑洞的暖化现象与不存在黑洞的星系是不同的,”Petric解释道。“我们推测,向黑洞输送燃料的过程,也让我们能够探测到能量转移回星系的ISM。”Petric还表示,未来更详细的观测,将让研究人员确认这些能量转移过程。

近20年来,IfA一直是著名的REU项目的一部分,培训了130多名学生,其中一些人现在是不同天文学领域的领军人物。由于有这个与世界一流的设施和科学家一起在夏威夷工作的独特机会,IfA每学期收到500多份申请。REU项目的重点是识别那些有潜力在研究中取得成功,但可能没有机会和资源的学生。

IfA REU项目的首席研究员Nader Haghighipour指出:“我们的导师都是各自领域的世界领袖,我们REU的学生都在从事前沿研究。丽贝卡的工作就是一个最好的例子。我们为我们的REU学生感到骄傲,因为他们几乎都在研究生院继续学习,他们中的许多人已经获得了国家的认可。”

在2020年秋季学期,Petric呃Mānoa本科戴安娜卡斯塔涅达将继续调查ISM举办一些最明亮的星系的生长形成超大质量黑洞在附近的宇宙中,使用一个红外光谱仪在平流层天文台天文(索非亚)飞机。SOFIA观测将使Castaneda和Petric获得更多关于能量在不断增长的SMBH和ISM之间转移过程的信息。

这项研究发表在5月10日的《天体物理学杂志》上,并在ArXiv上有预印本。

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