天文
活跃的超大质量黑洞可能比以前认为的更罕见
超大质量黑洞的活跃程度可能比之前预想的要少。也许我们自己银河系的黑洞生长速度比预想的要慢。
较少的超大质量黑洞可能经历生长突增的次数比天文学家之前猜测的要少。每个已知的大型星系都有一个巨大的黑洞位于其中心。其中一些庞然大物会经历生长突增的阶段，此时它们会发出明亮的光芒。然而，研究人员在一篇于2023年8月22日提交给arXiv.org的论文中报告称，最近詹姆斯·韦伯太空望远镜的观测结果显示，活跃黑洞的数量远少于预期。
如果这一发现得到证实，将对一些超大质量黑洞如何变得如此庞大以及它们对所在星系的影响产生疑问。
巨大的黑洞，例如位于银河系中心的黑洞，通常比较安静。但偶尔，星际碎片的涌入会使它们变得活跃，通常是在与其他星系碰撞后，形成所谓的活动星系核(AGN)。在这种情况下，宿主星系的中心会以各种波长发出大量光线，因为围绕黑洞旋转的物质涌入，导致黑洞周围的物质加热。AGN不仅可以比宿主星系更亮，而且是宇宙中最明亮的持续光源。
2017年，堪萨斯大学的天文学家Allison Kirkpatrick和她的同事根据其他灵敏度较低的空间红外望远镜的观测结果，预测JWST的红外视野将发现许多这样的活跃黑洞。在这项新研究中，Kirkpatrick和她的团队将JWST对准了一个经过深入研究的天区，2008年，斯皮策太空望远镜在研究的19个星系中发现了活动星系核的红外特征。
这些星系大约在约100亿年前的宇宙恒星形成高峰期出现，它们都相对明亮且庞大。JWST比斯皮策更敏感，因此能够在同一时期发现更暗淡、大小更接近银河系的普通星系。然而，团队报告称，在JWST发现的近500个星系中，所有首次观测到的星系中，只有6%似乎含有活动星系核。
底特律韦恩州立大学的天文学家Tonima Tasnim Ananna表示：“我们实际上正在探索一个新的星系群体。”新数据来自宇宙的边缘，这个区域现在比以往任何时候都更容易观测到，这要归功于JWST。
这些对我们来说新的星系似乎充满了星际尘埃。因此，Kirkpatrick表示，迅速生长的黑洞可能隐藏在这些遥远的尘埃星系中，而研究人员目前还没有技术能力来识别它们。
如果确实没有像之前预想的那么多快速生长的黑洞，这将对天文学家对黑洞和星系形成的理解产生影响。超大质量黑洞的质量可以达到数百万甚至数十亿个太阳质量。人们认为，AGN阶段对于积累如此大质量非常重要。
Kirkpatrick表示：“也许并非所有星系都经历这个活跃阶段，它们的黑洞生长速度可能相当缓慢。”这意味着一些超大质量黑洞可能从相对庞大的状态开始，而不是从相对微小的物体中生长。
活跃黑洞不仅在孤立状态下快速生长，它们还会影响它们所在的星系。Kirkpatrick表示，在AGN中，“它变得非常非常炽热”。这可能使宿主星系更难形成恒星，因为恒星需要相对凉爽的气体来开始形成。
快速吸积的超大质量黑洞周围的辐射压力足以产生“像一万亿个飓风在你的星系中肆虐一样”的风。这些风可能使星系中心附近的环境过于不稳定，无法形成能够维持生命的行星。但如果许多黑洞没有经历AGN阶段，它们可能对所在星系的影响并不大。
对于JWST的新数据中活跃黑洞的数量明显减少的另一个解释是，许多超大质量黑洞可能通过定期的短暂活动阶段生长。在这种情况下，它们将影响周围的星系，但这样的爆发几乎是不可检测的。
Kirkpatrick表示：“如果黑洞只是在短时间内闪烁开关，你永远不会发现这些东西。你永远无法理解黑洞是如何生长的。”
更多答案可能很快就会揭晓：Kirkpatrick计划在明年1月再次使用JWST进行更大规模的搜索。她说：“与本研究中使用的近500个星系相比，我现在将有大约4,000个星系要观察。”
本文译自 sciencenews，由 BALI 编辑发布。