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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！ |
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」。
(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。
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
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。
(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！
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。
(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。
(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
(나쫌NaZZom)
(PanSci 泛科學)
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