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標題: 毀滅與新生 [打印本頁]

作者: apkcat 時間: 2022-5-11 00:00
標題: 毀滅與新生
本帖最後由 apkcat 於 2022-5-11 06:08 編輯

毀滅與新生：超大質量黑洞觸發的恆星形成
EASY天文地科小站・2022/03/18 ・2555字・閱讀時間約 5 分鐘(原文來源)
作者:林彥興｜EASY 天文地科小站主編、清大天文所碩士生，努力在陰溝中仰望繁星

2022 年 1 月底，兩位天文學家在頂尖科學期刊《自然》發表的論文中，
宣布他們發現矮星系「Henize 2-10」中的超大質量黑洞，
觸發了一批新恆星的誕生。
可是，我們印象中的黑洞不是會以極強的重力撕碎、吞噬周遭一切的嗎？
怎麼這樣毀滅性的天體，居然還能誕生新的恆星？今天就讓我們來一探究竟！

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哈伯太空望遠鏡拍攝的 Henize 2-10 矮星系。圖／Hubblesite

黑洞：宇宙燈塔核心
多數人對黑洞的印象，大概是一個擁有強大重力、會撕碎與吞噬一切的純黑球體。
由於連光也無法逃離它的魔爪，因此黑洞總是隱身在宇宙黑暗的背景中難以觀測。
這樣的圖象雖然大致正確，卻不是事情的全貌。
黑洞確實會以它強大的重力吃進物質，天文學家也確實相信茫茫星海中，
有許多難以觀測的黑洞漫步其中。但是被黑洞重力捕獲的物質，
往往不會直直地朝黑洞落去，而是會在黑洞週遭形成一個旋轉的盤狀構造，
稱為「吸積盤 Accretion Disk」。

在吸積盤上，物質之間不斷的碰撞、摩擦、緩緩向黑洞靠近，
在過程中將重力位能轉化為動能、熱能、磁能等各式各樣的能量形式，
並釋放出橫跨伽瑪射線到無線電波的電磁輻射。
在許多系統中，還可以觀測到物質快速的從黑洞附近噴出，
通常速度較慢（約每秒數百至數千公里）者通常稱為「外流 Outflow」，
速度較快（接近光速）者則稱為「噴流 Jet」。

[yt]2sU8UBxNPSI[/yt]
(Simulation of a black hole accretion disk and jet)影／EHT, Hotaka Shiokawa.
對超大質量黑洞吸積盤與噴流的數值模擬。
在吸積盤上，物質以圓形軌道環繞黑洞，並緩緩的向內移動，
直到最終在吸積盤的最內側被黑洞吞噬。而從黑洞兩極高速噴出的物質，則形成了噴流。

黑洞產生的輻射、噴流與外流，
不僅讓我們能夠用各式各樣的觀測手段去尋找和研究黑洞，
它們同時也會對黑洞所在的環境產生影響。

尤其當身處星系中心、質量是太陽數百萬倍以上的「超大質量黑洞 SMBH」們
在大快朵頤週遭的氣體時，能夠以太陽數百萬倍、甚至數千億倍以上的功率釋放能量，
成為宇宙中最明亮的天體。
如此龐大的能量，足以影響整個星系乃至於星系團的演化。
它可能促進星系中恆星的形成，為星系帶來新生；
或者是抑制星系中恆星的形成，
讓星系變得死氣沉沉。
另一方面，星系中恆星的形成、超新星爆炸等其他現象，
也會決定有多少氣體能夠流到位於星系中心的黑洞上，
從而影響黑洞的成長。
超大質量黑洞與星系之間互相影響、共同演化的機制，
統稱為「活躍星系核回饋 AGN Feedback」，
是當代天文物理非常重要的研究領域。

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天文學家常用星系的「恆星形成率 SFR」來衡量一個星系的狀態。
如果一個星系正在產生許多新恆星（即恆星形成率高），
這就是個「生機勃勃」的星系（如左圖的 NGC 4038 / NGC 4039）；
反之，如果一個星系都只有年邁的恆星，那這就是個「死氣沉沉」的星系（如右圖的 IC 2006）。
圖／Wikipedia｜ESO

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半人馬座 A 星系是經典的活躍星系之一。由星系中心射出的筆直藍色區域，
就是超大質量黑洞的噴流。圖／ESA_Multimedia

過去 20 多年的無數理論與觀測成果，
讓天文學家相信活躍星系核回饋確實對星系的演化有重要的影響。
但是具體是怎麼影響？影響多大？目前仍沒有明確的結論，
甚至連直接的觀測證據都十分稀少。
因此，天文學家迫切的想要找到更多活躍星系核回饋的直接證據，
了解黑洞究竟是怎麼與星系一同成長。

瞄準目標：矮星系 Henize 2-10

在這個研究中，
天文學家鎖定位在羅盤座（Pyxis）、距離地球約 3400 萬光年的矮星系「Henize 2-10」。
過去其他天文學家以無線電與 X 射線觀測的結果顯示，
這個星系中心可能有一個正在進食的超大質量黑洞，
因此是尋找活躍星系核回饋證據的絕佳場所。
為了得到高解析度的影像，天文學家使用哈伯太空望遠鏡仔細的研究星系中心的影像與光譜，
發現在星系的中心有一道長約 500 光年、由游離氣體組成的纖維狀結構，
源自星系中心的超大質量黑洞噴出的外流。
而黑洞東方（圖中的左手邊）約 230 光年外，
有一片正在形成許多新恆星的區域（稱為恆星形成區），與外流相連。

[yt]xUnTS11fet4[/yt]
(The Hubble Telescope Just Discovered A Black Hole Creating Stars!)

天文學家仔細分析星系的光譜後，
認為黑洞的外流正是催生這片恆星形成區的幕後推手。
因為外流推擠、壓縮了星系中的氣體，增加了氣體的密度，
才進一步激發了這批新恆星的形成。
對研究黑洞與活躍星系核的天文學家來說，
這無疑是一次振奮人心的發現！

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哈伯太空望遠鏡拍攝的 Henize 2-10（左），以及其中心部分的 H alpha 波段影像（右）。
在右編的影像中 Massive Black Hole 即是黑洞所在的位置，
Outflow 是外流、Triggered Star Formation 即是恆星形成區。圖／Hubblesite

結語：萬里長征的一小步

黑洞不只是能夠吞噬一切的引力怪獸。
它在囫圇吞棗的過程中，
其實可以釋放出巨大的能量。
尤其是位於星系中心的超大質量黑洞們，
它們產出的能量之龐大，甚至能夠影響整個星系的演化，
稱為活躍星系核回饋。但是怎麼影響？
影響多大？天文學家們仍在積極的研究。

[yt]7e5-0t0pTF0[/yt]
(MONSTERS OF THE COSMOS - Symphony of Science)

這次在 Henize 2-10 星系中觀測到的黑洞外流與其激發的恆星形成，
是活躍星系核回饋相當重要的直接證據。
未來，天文學家將繼續在更多的星系中，
尋找黑洞與星系互動的蛛絲馬跡，
直到揭開活躍星系核回饋的神秘面紗。

[yt]_Jtimci0jxk[/yt]
(地球地址的最後一行：超星系團 Laniakea);(臺北天文館)
(Laniakea: Our home supercluster)

參考資料

[yt]18ffMzhCQ0s[/yt]

[yt]7j1mhqnrcb8[/yt]

[yt]ID8yTZboJ_I[/yt]

[yt]InSQDN094pA[/yt]

(나쫌NaZZom)
(

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