天文學家首次觀察到星系合并最后階段

2018年12月07日 09:11 次閱讀 稿源:新浪科技 條評論

據國外媒體報道,天文學家第一次觀察到星系合并的最后階段。透過厚厚的氣體和塵埃,他們看到了成對的超大質量黑洞越來越靠近,在碰撞之后迅速成長。在大多數(如果不是全部)星系的中心都存在著超大質量黑洞,其質量是太陽的數百萬倍至數十億倍。舉例來說,在銀河系中心的人馬座A*是一個非常光亮且致密的無線電波源,被認為可能是離我們最近的超大質量黑洞的所在,其規模大約為太陽質量的450萬倍。

在NGC 6240星系中,可以看到兩個較小的星系處于合并的最后階段。位于兩個小星系核心的黑洞在迅速成長,吞噬著合并星系的氣體和塵埃。

一些正在碰撞的星系核,它們正處于合并的最后階段。最上方為NGC 6240星系,左圖由哈勃太空望遠鏡的第3代廣域照相機拍攝,右圖為凱克天文臺用紅外線拍攝的星系核;下方4個星系的圖像由泛星計劃(全稱直譯為“全景巡天望遠鏡和快速回應系統”)和凱克天文臺拍攝。


此前的研究發現,星系的合并可能有助于超大質量黑洞的成長。研究者提出,位于相互碰撞的星系中央的黑洞可能會合并,形成更大規模的黑洞。

星系的合并很可能為超大質量黑洞提供充足的機會來撕裂恒星并吞噬物質。這種碰撞會釋放出極其大量的輻射,并很可能成為類星體背后的驅動力。類星體是宇宙中最明亮的天體之一。然而,這篇新論文的作者表示,支持基于星系合并的超大質量黑洞成長模型的證據十分復雜。雖然一些研究已經揭示了類星體和合并星系之間存在聯系,但其他研究卻沒有發現這種關聯。

對于類星體和合并星系之間明顯沒有關聯的一個可能解釋是,圍繞這些星系的氣體和塵埃很可能嚴重遮擋了黑洞。即使在合并的早期階段,當星系之間距離超過16000光年時,情況也是如此。研究作者指出,計算機模擬顯示,這種遮擋的程度在星系合并的最后階段,即星系核之間的距離不到10000光年時將達到最高。

現在,研究人員已經觀察到好幾對處于合并后期階段的星系,位于它們中心的超大質量黑洞正在不斷拉近距離。這些發現將為揭示更大型的超大質量黑洞如何形成提供線索。

研究人員首先從美國航空航天局(NASA)的尼爾·格雷爾斯雨燕天文臺(Neil Gehrels Swift Observatory)獲取了10年的X射線數據,從中篩選出與隱藏黑洞有關的信息。當黑洞吞噬物質時,即使被厚厚的氣體和塵埃遮擋,這些“活躍”黑洞所產生的高能X射線也能被觀察到。

接下來,研究人員通過梳理哈勃太空望遠鏡和凱克天文臺(位于美國夏威夷)的數據,尋找與這些X射線信息相匹配的星系。論文第一作者邁克爾·科斯(Michael Koss)稱,凱克天文臺通過一種名為“自適應光學”(adaptive optics)的技術,由計算機控制可變形的鏡面,可以使恒星圖像變得更加銳利,“從而極大地提高了分辨率”。

科斯是加利福尼亞州奧克蘭市Eureka Scientific科技公司的天體物理學家。他說:“這就相當于從20/200的視力(等于我們所說的視力0.1),即法律意義上的失明,變成20/20的視力(視力1.0),使我們能看到令人難以置信的星系細節。”

總而言之,研究人員分析了凱克天文臺觀測的96個星系和哈勃望遠鏡觀測的385個星系的數據。所有這些星系與地球的平均距離為3.3億光年,在宇宙尺度上還是相對比較近的,許多星系的大小與銀河系類似。

研究人員發現,這其中超過17%的星系在中心處都有一對黑洞,這預示著它們處于星系合并的晚期階段。這些發現與研究人員計算機模擬的結果吻合,后者顯示,在富含氣體和塵埃的星系中隱藏著的活躍黑洞是許多超大質量黑洞合并的原因。

“星系合并可能是黑洞成長的重要方式,”科斯說道。我們身處的銀河系目前就處于與鄰近仙女座星系合并的過程中,位于兩個星系核心處的超大質量黑洞最終也將碰撞、合并在一起。現在,這兩個星系之間有數百萬光年的距離,但我們(銀河系)正在以每小時40萬公里的速度朝仙女座星系移動,”科斯說,“在60億年內,銀河系或仙女座星系將不復存在,只留下一個更大的星系。”

對于隱藏在氣體和塵埃背后、正在合并的星系,對它們更清晰的觀察結果或許將來自NASA的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡。這是一臺紅外線太空望遠鏡,預計將于2021年發射。下一代地面天文望遠鏡,如30米望遠鏡(Thirty Meter Telescope)、歐洲極大望遠鏡(European Extremely Large Telescope,簡稱E-ELT)和巨型麥哲倫望遠鏡(Giant Magellan Telescope)等,也將通過主動光學系統為我們帶來更加精細的星系圖像。研究人員稱,詹姆斯·韋伯太空望遠鏡應該還能夠測量距離我們較近的超大質量黑洞的質量、成長速率和其他物理學特征。

這項研究的結果發表在11月7日的《Nature》(自然)雜志上。

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