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遙遠的小型星系也能擁有超大質量黑洞

利用哈柏太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)和錢卓X射線觀測衛星(Chandra X-ray Observatory)的觀測資料,天文學家在哈柏極深空影像(Hubble Ultra Deep Field)中,發現28個遙遠的低質量星系中心有超大質量黑洞。這項發現顯示星系中央的超大質量黑洞,在星系演化極早期就已經形成。

美國加州大學聖克魯茲分校(University of California, Santa Cruz)Jonathan Trump表示:這有點像雞生蛋、蛋生雞,究竟誰先誰後的問題,到底是超大質量黑洞先形成後才聚集物質形成星系,還是先有星系後逐漸在星系中間形成超大質量黑洞?這個最新研究顯示那些低質量星系也能擁有超大質量黑洞。

所有大型星系的中心都有個超大質量黑洞,而那些位在活躍星系核(active galactic nucleus)的超大質量黑洞,更在拉扯吞噬鄰近氣體雲的過程中放出大量輻射而顯得相當明亮。然而在鄰近的局部宇宙中,那些規模較小的矮星系裡很少有活躍的黑洞。Trump等人研究的矮星系都距離地球約100億光年遠,小於現今宇宙年齡的1/4,換言之,就是研究宇宙還在青少年時期的狀況,所以當時的年輕星系們都還小。

Trump等人的研究是CANDELS巡天計畫(Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey)的一部份,利用哈柏太空望遠鏡WFC3紅外相機進行光譜觀測。由於哈柏的解析度十分優良,因此這些研究者可分離星系外圍和中央的光譜,因此可讓他們辨認出黑洞的指標性輻射。這是首度偵測到這些小且低光度黑洞的存在。在此之前,遙遠星系的觀測都與鄰近星系的觀測發現相符,只存在積極囤積氣體、努力成長的大型星系中。

不過,新的發現卻引來新的問題:這些矮星系發生了什麼事讓它們擁有超大質量黑洞?其中一個可能的解釋是:雖然這些星系有些可能還是小小的,但這些矮星系中有一些可能是像銀河系這樣現代大型星系的始祖。但這樣的解釋又引起了另一個問題:要成為現代大型星系之前,這些矮星系的成長速率將遠快於標準模型的預測值。如果它們仍維持在低質量的狀態,那麼鄰近的矮星系應該也要有超大質量黑洞才對。所以,說不定這些矮星系都擁有小一點的黑洞,只是之前沒注意到而已。

Trump表示:遙遠矮星系中的恆星形成現象也很活躍,大約是銀河系的10倍左右。這個現象或許跟活躍星系核之間有關連,因為既然有氣體可製造新恆星,當然也可以用來餵養黑洞,不是嗎?

資料來源:Small distant galaxies host supermassive black holes

轉載自台北天文館之網路天文網網站

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