NGC4151的吸积盘呈蓝色，紧邻该星系的中央黑洞。

包括密歇根大学天文学家在内的科学家们正在展示吸积盘产生的风或外流如何重塑其宿主星系。

这些风以纤细的浅蓝色线条呈现，吹过黑洞周围更偏橙色的云团。

图片来源：JAXA

超大质量黑洞产生的强风或许可以解释为什么宇宙中一些最大的星系不再像预期那样产生那么多恒星。

借助X射线成像和光谱任务（XRISM），天文学家正在对宇宙中最大的谜题之一获得新的见解。

密歇根大学的研究人员发现了证据，表明由超大质量黑洞驱动的强风可能解释了为什么最大的星系所含的恒星数量比科学家预期的要少。

当前理论预测这些巨型星系的恒星质量应该比实际要大得多。

新发现表明，黑洞可以通过吹走星系形成新恒星所需的气体来抑制恒星形成。

黑洞风可能正在阻止新恒星的形成

黑洞最广为人知的是其极强的引力，一旦光越过事件视界，就连光也无法逃脱。

不过在这个边界之外，它们还能形成吸积盘——一个由气体和尘埃组成的漩涡环，在包括X射线在内的整个电磁波谱中发出强烈的光芒。

吸积盘内部的环境极为高能。

当物质螺旋向内运动时，摩擦和引力会将其加热成极热的等离子体——电子从原子中被剥离出来。

湍流环境还能驱动强大的风，将气体推离星系。

如果这些风足够强，就会带走未来恒星形成所需的原始物质。

XRISM（X射线成像和光谱任务）航天器在这幅艺术家概念图中探索X射线宇宙。

图片来源：美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心概念图像实验室

利用XRISM的观测数据——XRISM是由日本宇宙航空研究开发机构牵头、与美国国家航空航天局及欧洲空间局合作开展的一项任务——密歇根大学博士生辛辛迪向发现了支持这一情景的证据。

以前，没有XRISM时，我们只能看到外流的大致特征，Xiang说。

但你需要能够解析精细特征才能回答重要问题：它们的结构和几何形状是什么？这些风是如何产生的，又是何时产生的？

XRISM提供了对黑洞外流的前所未有的观测视角

XRISM于近年发射，并已开始科学观测。

它的X射线能量分辨率比其前身大约高10倍，使天文学家能够以更高的精度研究黑洞环境。

Xiang和她的同事们聚焦于NGC4151——一个距离地球略超过5000万光年的明亮星系。

该星系中心存在一个活动星系核（AGN），其中的超大质量黑洞正活跃地吞噬周围物质。

这一过程形成了明亮的吸积盘，使得该星系成为研究高速外流现象的理想实验室。

Xiang表示：借助XRISM，我们在观测最明亮的活动星系核（AGN）时拥有最高的分辨率，并且正在获取迄今为止在吸积盘外流方面最丰富的观测信息。

与密歇根大学天文学教授乔恩米勒合作，向此前证明，NGC4151吸积盘内产生的风的速度足以将物质从星系中吹走。

她的研究还指出，磁离心驱动是引发这些风的机制，这一过程类似于触发太阳耀斑的力。

新方法揭示最快风速何时出现

在加利福尼亚州帕萨迪纳举行的美国天文学会第248次会议上，Xiang提出了一种新技术，用于精确确定NGC4151星系的星系塑造风何时变得活跃。

因为活动星系核风会随时间发生巨大变化，向（Xiang）分析了XRISM对NGC4151星系数百天的观测数据。

她寻找该星系X射线亮度的峰值（即耀斑），并追踪了随后数小时内信号的演变过程。

除了亮度之外，她还测量了探测到的X射线是硬还是软——这一特性类似于可见光中的颜色。

她将这些测量结果结合起来，形成了一个名为颜色强度指数的新指标，米勒建议将其简称为cindicity。

部分原因是我的名字叫辛迪，翔说。

但这个想法是，将来你可以告诉我你此刻来源的‘辛迪度’，我就能告诉你你看到快速流出的概率。

X射线与黑洞风之间的首个直接时间关联

在NGC4151中，Xiang发现最强的高速风出现在X射线较硬但相对微弱的时候。

令人惊讶的是，最快的外流并没有出现在X射线耀斑期间。

相反，它们通常在耀斑发生约10000秒（即略少于3小时）后出现。

这种延迟代表了X射线发射变化与强大外流之间的首个直接时间关联，这些外流能通过限制新恒星的形成来重塑星系。

相关知识

超大质量黑洞是质量达百万至百亿倍太阳质量的特殊天体，多位于星系中心（如银河系中心的人马座A）。

其引力极强，可捕获周围气体与尘埃形成高温吸积盘，释放出X射线等高能辐射。

它对星系的形成与演化至关重要，是当前天体物理研究的热点之一。

BY: Matt Davenport, University of Michigan

FY: AI

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