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天文新知

發現水母狀星系被自己的超大質量黑洞催促加速死亡

英國伯明翰大學(University of Birmingham)Callum Bellhouse等人研究發現一個水母狀星系(jellyfish galaxy)JO201,結果發現在這個星系中心的超大質量黑洞正在剝離星系中的氣體並向外拋出,加速遏止星系中的恆星形成活動,實際上就是在謀殺這個星系。Bellhouse表示:到目前為止,JO201是超大質量黑洞和衝壓剝離(ram-pressure stripping)對水母狀星系中恆星形成有重要影響的獨特案例。透過研究這些奇特的天體,可以呈現出星系經歷過的複雜過程,相當有趣。

水母狀星系JO201。Credit: Callum Bellhouse and the GASP collaboration.

水母狀星系之所以很特別,是因為它們正以超音速向星系團稠密的核心地區衝過去,在此過程中,星系內的氣體被星系團內密集星系的重力扯走,這是所謂的「衝壓剝離」;氣體被拖出星系外時形成一道道長條狀結構,如同水母的觸手一樣,所以才會將這類星系通稱為水母狀星系。

Bellhouse的團隊為Bianca Poggianti領軍的GASP(GAs Stripping Phenomena)計畫,該計畫迄今已經研究了114個水母狀星系,探索這些星系的3D立體結構,並估計這些星系變形可能需要的時間尺度。綜合對這些水母狀星系的研究成果,再配合他們的電腦模擬,呈現出JO201JW100JO194三個水母狀星系的三維立體結構的互動模型,如前述各星系名稱開啟連結,可用滑鼠左鍵拉動觀看不同角度下的恆星和氣體分布的3D結構。其中氫氣為紅色,氮氣為藍色,氧氣為綠色,恆星為白色。(Credit: Callum Bellhouse and the GASP collaboration。)

從這些3D結構來看,Bellhouse等人認為JO201原本是個大型螺旋星系,且已經以超音速衝向Abell 85星系團中心區約10億年之久。由於JO201行進方向幾乎是沿著從地球看過去的視線方向,所以這些「水母觸手」在模擬圖中看起來似乎縮短了,可是他們估計觸手的長度很可能往JO201後方綿延了至少94kpc,相當於我們銀河系直徑的3倍之多。這些訊息可讓Bellhouse等人瞭解JO201的演化與未來命運。(註:pc為秒差距parsec的縮寫,乃距離單位,kpc意為1000秒差距,1pc相當於3.2616光年。)

JO201在經歷衝壓剝離而變形的過程中,因星系內氣體星雲會先被壓縮致使密度增高,導致星系在短時間內的恆星形成率驟增,在星系盤面中形成一圈新恆星誕生區,同時在星系邊緣的觸手裡有些稠密氣體節點也會開始形成新恆星。然而這樣的盛景頂多持續個數億年,之後在星系中心的超大質量黑洞也拽走大量氣體,致使星系盤面的中心地區有個氣體空缺區。Bellhouse等人相信:這是因為在衝壓剝離的作用下,會將部分氣體輸送到星系中心區,促使黑洞爆發而向外拋出物質並產生衝擊波,因而在星系中心區製造出一個氣體空缺區域。在這樣的過程中,這些水母狀星系裡的新恆星形成率驟然增加或是被抑制,最終達到一個重點平衡。以JO201為例,星系中心的超大質量黑洞因衝壓剝離而被激發得很活躍,開始向外拋出氣體,最後這個星系內裡被淘空,而外部又被掠奪,內憂外患齊齊發生,使得整個星系如同正被謀殺的狀態。(編譯/張桂蘭)
資料來源:Royal Astronomical Society

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