天文学家揭示了超大质量黑洞及其宿主星系的进化路径

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图1:左:黑洞质量-恒星质量平面上物体朝向z = 0的演化路径。进化路径由每个箭头的方向和长度表示。红色、绿色和蓝色的椭圆代表了z ? 6类星体和被怀疑有重量不足的黑洞的物体的典型位置，包括z≈2亚毫米星系(SMG)和附近的发光红外星系(lirgs)和窄线塞弗特1星系(NLS1s)。黑线表示有不活跃(死亡)黑洞的地方星系的位置。右图:研究中分析的四个低红移1型活动星系核的假彩色泛星1图像。学分:自然天文学(2023)。DOI: 10.1038/s41550-023-02051-4

（）据北京大学：2023年8月17日发表在《自然天文学》上的一篇题为“活动星系核及其宿主星系的演化路径”的新论文，提供了关于超大质量黑洞及其宿主星系共同演化的关键新见解。

这项研究由2022年毕业于北京大学、目前隶属于伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的庄明扬博士和北京大学Kavli天文与天体物理研究所的Luis C. Ho教授进行，利用Pan-STARRS1 3PI球面度巡天的数据，推导出近11，500个红移≤ 0.35的活动星系核(AGN)的宿主星系的结构和光度特性，以探索黑洞质量和附近宇宙中宿主星系特性之间的联系。

观测到的超大质量黑洞的质量和它们的宿主星系的性质之间的紧密联系长期以来引起了天文学家的兴趣。然而，对于黑洞-星系的关系是如何产生的，或者它们是如何随着时间的推移而演变的，还没有达成共识。黑洞质量和附近宇宙中活动星系核的宿主星系之间的具体联系仍然难以捉摸。

研究发现，无论星系类型如何，具有活跃吸积黑洞的星系在黑洞质量和恒星质量之间遵循类似的关系。此外，星系在这个关系中的位置似乎与恒星形成和黑洞吸积活动的程度有关。

“我们的结果揭示了黑洞质量-恒星质量平面上星系的演化轨迹，”庄博士说。“银河系和它的中心黑洞的联合演化在很长的时间尺度上看起来是同步的。拥有超重黑洞的星系通过制造更多的恒星来迎头赶上。那些有瘦黑洞的黑洞允许黑洞吃更多。最终，两者达到了一种幸福的平衡。”

黑洞吸积和恒星形成有共同的气体供应，这可能解释了在局部关系中物体的同步增长。具有位于局部关系之下的低质量黑洞的物体的演化路径支持了最近模拟提出的一种情况，即黑洞的增长最初落后于恒星的形成，但后来在气体在更高的恒星质量下变得稳定后，情况发生了逆转。在局部关系上方具有超大质量黑洞的活动星系核继续获得恒星质量，这与在早期类型的AGN主星系中探测到活跃的恒星形成和丰富的气体含量一致。

这些轨迹表明，辐射模式AGN反馈机制，预计会抑制恒星的形成，对低于比例关系的星系不太有效。对于高于这个关系的星系，动力学模式的反馈似乎不足以阻止长期的恒星形成。

“这项工作为超大质量黑洞及其宿主星系的共同进化提供了新的见解，可以作为进化研究的最终基准和框架，”何教授说。“这些结果为模拟黑洞与其宿主星系之间复杂相互作用的数值模拟提供了关键的观测约束。”

“这篇文章探索了黑洞质量上的星系演化路径——附近宇宙中的恒星质量平面，将恒星形成和黑洞吸积的属性联系起来，并为活动星系核反馈提供了关键的约束条件，”《自然天文学》的编辑说。

“这篇论文的发现非常有趣，对于我们理解黑洞和星系在宇宙时代的共同演化以及它们的恒星形成和吸积非常重要，”一位评论者说。