此前研究中，黑洞系統產(chǎn)生的噴流或外流的速度非常接近光速，噴流、外流掃過(guò)的氣體會(huì )被加熱，在其路徑上的氣體會(huì )被驅散，這些效應顯然不利于恒星形成。而Henize 2-10的中心黑洞產(chǎn)生外流的速度非常低，與氣體作用時(shí)也并未顯著(zhù)加熱氣體，反而其外流通過(guò)壓縮氣體，直接產(chǎn)生了觸發(fā)恒星形成的效應。

　　一直以來(lái)，黑洞都被認為是個(gè)“破壞大王”，會(huì )吞噬一切靠近它的物質(zhì)。然而，近日哈勃太空望遠鏡觀(guān)察到矮星系Henize 2-10中的黑洞，與其他已知黑洞的“性情”截然相反，它正在促進(jìn)而非抑制其附近恒星的形成。

　　這是一個(gè)顛覆性的發(fā)現。哈勃太空望遠鏡對Henize 2-10的成像和光譜分析清楚地顯示，一股氣體流從黑洞延伸到明亮的恒星誕生區，如同一條臍帶，讓稠密的云團形成恒星。

　　促進(jìn)恒星形成的黑洞

　　Henize 2-10位于羅盤(pán)座(南天星座之一)，距離地球約3000萬(wàn)光年，其中包含的恒星數量只有銀河系的十分之一左右。華中科技大學(xué)物理學(xué)院教授雷衛華介紹，銀河系是原始星系不斷生長(cháng)、并合的產(chǎn)物，而Henize 2-10雖然經(jīng)歷了漫長(cháng)的宇宙演化，但仍然保留原始形態(tài)，是小尺度星系，可以視作星系的“活化石”。

　　這樣的矮星系是否也像其他星系那樣，在星系中心存在著(zhù)一個(gè)超大質(zhì)量黑洞?

　　“10年前，這個(gè)問(wèn)題還是人們爭論的焦點(diǎn)。人們認為，Henize 2-10星系核心的X射線(xiàn)和射電活動(dòng)可能是中心黑洞吸積氣體所致，也可能來(lái)自年輕的超新星遺跡。”雷衛華說(shuō)。

　　而本次哈勃太空望遠鏡的觀(guān)測結果，為矮星系中心是否存在大質(zhì)量黑洞的爭論畫(huà)上了句號。此次研究揭示了從星系核心延伸到恒星形成區的雙向外流的特殊結構。通過(guò)譜線(xiàn)多普勒頻移，研究人員可以測量出不同位置的外流氣體速度，進(jìn)一步顯示外流的進(jìn)動(dòng)。

　　此前，科學(xué)家在很多活動(dòng)星系核中也觀(guān)測到過(guò)噴流的進(jìn)動(dòng)。理論上，噴流或外流的進(jìn)動(dòng)可能來(lái)自扭曲的黑洞吸積盤(pán)。雷衛華認為，能觀(guān)測到進(jìn)動(dòng)的外流，就證明Henize 2-10中心必然是黑洞無(wú)疑，不可能來(lái)自超新星遺跡。

　　同時(shí)，Henize 2-10中心沒(méi)有核球，表明其中心約百萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞在核球形成之前就已存在，這與一般正常星系和活動(dòng)星系的超大質(zhì)量黑洞與其核球一起經(jīng)歷不斷增長(cháng)的情況不同。

　　“Henize 2-10中心的超大質(zhì)量黑洞可能還保持著(zhù)其嬰兒時(shí)期的模樣，極具研究?jì)r(jià)值，可以借此復原類(lèi)似銀河系中心超大質(zhì)量黑洞的原始種子信息。”雷衛華說(shuō)。

　　星云若要塌縮形成恒星，必須足夠冷和稠密。在此前的觀(guān)測和理論研究中，通常認為從星系中心黑洞產(chǎn)生的噴流或外流在其所經(jīng)之處會(huì )不斷加熱和驅散氣體，必將抑制恒星形成。對于矮星系，雖然觀(guān)測到的黑洞活動(dòng)樣本很少，但科學(xué)家仍持相同觀(guān)點(diǎn)。

　　雷衛華表示，對Henize 2-10的觀(guān)測發(fā)現卻完全相反，其中心黑洞活動(dòng)產(chǎn)生的外流觸發(fā)了恒星形成，這大大出乎科學(xué)家的意料。

　　與眾不同的黑洞外流

　　伴隨多波段天文學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家對星系的研究越來(lái)越深入，逐漸累積的證據表明：正常星系和活動(dòng)星系中心一般都存在著(zhù)一個(gè)質(zhì)量為百萬(wàn)倍到百億倍太陽(yáng)質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞。

　　雷衛華介紹，黑洞本身并不發(fā)光，但黑洞的強引力場(chǎng)會(huì )影響周?chē)阈腔驓怏w，如超大質(zhì)量黑洞會(huì )俘獲并撕裂靠近它的恒星，吸食恒星殘骸，質(zhì)量超過(guò)一億倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞則可以直接吞噬恒星或氣體，形成吸積盤(pán)。

　　黑洞吸積周?chē)鷼怏w物質(zhì)形成吸積盤(pán)。吸積盤(pán)上，相對中心黑洞不同距離處的物質(zhì)繞轉速度不同，這些物質(zhì)通過(guò)較差轉動(dòng)(在不同半徑以不同的角速度繞黑洞旋轉)釋放引力勢能并加熱氣體形成熱等離子體，熱等離子體會(huì )產(chǎn)生輻射。

　　雷衛華說(shuō)，黑洞除了吸積物質(zhì)，黑洞吸積盤(pán)系統也會(huì )向外拋射等離子體，產(chǎn)生噴流或外流，這些現象在活動(dòng)星系核和微類(lèi)星體中非常普遍。

　　噴流或外流的形成機制主要有以下3種：低吸積率吸積盤(pán)無(wú)法有效通過(guò)輻射光子來(lái)冷卻，熾熱的吸積盤(pán)會(huì )向外拋射等離子體形成盤(pán)風(fēng)(外流);如果吸積盤(pán)存在極強有序磁場(chǎng)，盤(pán)上等離子體通過(guò)磁力線(xiàn)向外拋射形成外流或噴流;旋轉黑洞可通過(guò)周?chē)行虼艌?chǎng)提取黑洞的轉動(dòng)能，以加速周?chē)入x子體形成沿著(zhù)黑洞兩極方向準直的噴流。

　　“Henize 2-10中心黑洞產(chǎn)生外流的機制可能是其中某一種，具體是上述哪種機制主導，現在仍然不清楚。”雷衛華表示。

　　此前研究中，黑洞系統產(chǎn)生的噴流或外流的速度非常接近光速，噴流、外流掃過(guò)的氣體會(huì )被加熱，在其路徑上的氣體會(huì )被驅散，這些效應顯然不利于恒星形成。因此，科學(xué)家通常認為黑洞噴流、外流會(huì )抑制恒星形成，至少對活動(dòng)星系而言是如此。

　　而Henize 2-10作為矮星系，其中心黑洞產(chǎn)生外流的速度非常低，大約每秒幾百公里，相對光速而言非常慢，與氣體作用時(shí)也并未顯著(zhù)加熱氣體，反而其外流通過(guò)壓縮氣體，直接產(chǎn)生了觸發(fā)恒星形成的效應?；诖?，哈勃太空望遠鏡觀(guān)察到Henize 2-10雙向外流直接延伸至恒星形成區。

　　種子黑洞的兩種可能來(lái)源

　　2019年4月10日，“事件視界望遠鏡”合作組公布了人類(lèi)首張黑洞照片，通過(guò)黑洞陰影尺度，測量出M87這個(gè)距離地球5500萬(wàn)光年巨橢圓星系中心的黑洞質(zhì)量約為65億倍太陽(yáng)質(zhì)量。

　　華中科技大學(xué)物理學(xué)院教授雷衛華介紹，通常認為星系中心黑洞與星系應該是共同增長(cháng)的關(guān)系。但根本問(wèn)題在于，今天看到的星系中心超大質(zhì)量黑洞，是在漫長(cháng)的宇宙歷程中通過(guò)種子黑洞不斷并合或吸積物質(zhì)生長(cháng)而來(lái)的。

　　那么，最初的種子黑洞是什么?

　　目前，主流的種子黑洞模型包括“輕種子”和“重種子”兩種。“輕種子”黑洞來(lái)自恒星演化產(chǎn)物，即第一代恒星，其金屬豐度極低，幾乎全由氫和氦組成，可達到幾百倍太陽(yáng)質(zhì)量，壽命只有百萬(wàn)年，或坍縮形成100倍太陽(yáng)質(zhì)量左右的黑洞。“重種子”黑洞則來(lái)自原始氣體或星團直接塌縮，可達幾千到數十萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量。

　　雷衛華認為，通過(guò)Henize 2-10，可以一窺宇宙早期原始星系和種子黑洞活動(dòng)的樣子，幫助科學(xué)家更全面地理解黑洞反饋與星系演化的關(guān)系。
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