“鱿鱼星系”的心脏揭示了超大质量黑洞是如何支配星系化学的

拓破天峙

一幅插图显示了黑洞周围化学物质的分布，氰化氢同位素(黄色)被限制在中心区域，氰化物自由基(红色)在中心并以喷流形式向外延伸，一氧化碳同位素(蓝色)避开了中心区域。(图片鸣谢:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)、NASA/ESA哈勃太空望远镜、T. Nakajima等人)

（）据美国太空网（罗伯特·李）：新的研究揭示了潜伏在大星系中心的超大质量黑洞如何影响化学物质在整个星系中的分布。

科学家们早就知道超大质量黑洞对它们周围的星系有着巨大的影响。特别是，当这些黑洞从它们周围的物质中吸取营养时，它们形成的电磁辐射亮度足以超过它们所在星系中所有恒星的总和。这种活跃的进食过程也导致物质以接近光速的速度从黑洞向外喷射。

综合起来，这些现象认为银河系的心脏是一个活跃的星系核(AGN)，加热气体和尘埃，并将恒星形成物质推离该区域，这可能会限制恒星的诞生，从而抑制星系本身的增长。然而，科学家们并不清楚星系中化学物质的分布是如何受到活动星系核及其超大质量黑洞引擎的影响的。

这项新的研究是由一组天文学家进行的，他们使用阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)来观察NGC 1068星系的超大质量AGN，也被称为梅西耶77 (M77)，或简称为“鱿鱼星系”特别是，研究人员对解析这个棒旋星系明亮中心周围的化学物质分布感兴趣，该星系位于塞特斯星座，距离地球51.4光年。与这个AGN相关的黑洞被称为环核盘的厚厚的尘埃环所笼罩，并被称为星爆环的密集恒星诞生区域所包围。

“最近，关于星系的一个重要而有趣的问题是对活动星系中的电源的调查，特别关注模糊的星系核，它们是星系星爆或AGN的中心引擎，”该研究背后的团队在发表于《天体物理学杂志》的一篇论文中写道。“揭示动力源的观测可能会提供有关星系演化的关键信息。基于化学的方法，包括在星系中使用线调查，是解决这个问题的有效方法。”

由于ALMA令人印象深刻的空间分辨率和新机器学习技术的使用，该团队能够绘制出银河系中23种分子的分布。



(左)甚大望远镜看到的鱿鱼星系(右)该星系的活动星系核由望远镜的马蒂斯仪器。(图片鸣谢:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)、NASA/ESA哈勃太空望远镜、T. Nakajima等人)

这是可能的，因为化学元素和化合物吸收特征波长的光，所以通过观察穿过气体和尘埃的光，科学家可以看到光被吸收的“线”或间隙。这显示了尘埃和气体的化学成分。

特别是，该团队观察到氰化氢的同位素被限制在AGN的中心区域，而氰化物自由基也位于星系的活动中心，但也向外喷射，从超大质量黑洞的两极延伸出来。

研究人员还发现，与这两种分子不同，星系中常见的一氧化碳同位素避开了中心区域。

对该团队来说，这是超大质量黑洞不仅影响星系大尺度结构，还影响其化学成分的明显证据。这项研究也给研究人员带来了一些惊喜，研究小组发现来自AGN的高能X射线对化学分布的影响没有理论上的那么大。

“在受强辐射影响的地区，环核圆盘中氰化物的丰度明显低于模型计算的预期值，”作者总结道。“与机械反馈相比，预计来自AGN的强X射线辐射对环核盘中分子丰度的影响相对较低。”

这项研究的论文发表在9月14日的《天体物理学杂志》上。