黑洞風可能正在奪走巨大星系的未來恆星

根據目前的模型，最大質量的星系的恆星質量應該比天文學家實際觀察到的還要多。這個缺陷表明某些過程正在阻止恆星形成。密西根大學博士生 Chen“Cindy”Xiang 使用 XRISM 數據研究了主要解釋之一，並找到了直接指向黑洞的證據。

大多數人都知道，黑洞是一種引力非常強的物體，一旦穿過一定的邊界，即使是光也無法逃逸。然而，黑洞也可以在其周圍產生極其明亮的區域。當氣體和塵埃向內盤旋時，它們形成吸積盤，釋放出大量能量，包括強大的 X 射線。

黑洞風和恆星形成

吸積盤是宇宙中最活躍的環境之一。落向黑洞的物質在重力和摩擦的作用下被加熱，直到變成極熱的等離子體。同時，圓盤可以釋放強大的物質流。

這些風可能足夠強大，可以將氣體吹出星系。由於氣體是製造新恆星所需的原料，因此這種外流可能會大大減少未來恆星的形成。

XRISM 的數據支持這種可能性。該任務由日本宇宙航空研究開發機構與美國太空總署和歐洲太空總署合作領導。

「以前，如果沒有 XRISM，我們只能看到資金外流的一般特徵，」項說。 「但你必須能夠解析精確的特徵來回答重要的問題。它的結構和幾何形狀是什麼？風是如何釋放的以及何時釋放的？”

XRISM 提供更清晰的視野

XRISM 於 2023 年推出，並於 2024 年秋季開始科學觀測。其能量分辨率比其前身提高了約 10 倍，使天文學家能夠更詳細地檢查黑洞環境。

蔣和她的合作者專注於 NGC 4151，這是一個距離地球僅 5000 萬光年多一點的明亮星系。它的中心是一個活躍的星系核（AGN），其中的超大質量黑洞正在積極消耗物質並產生發光的吸積盤。這使得 NGC 4151 成為研究黑洞流出的理想實驗室。

「借助 XRISM，我們擁有觀測最亮活動星系核的最佳分辨率，並獲得迄今為止我們觀測到的吸積盤流出的最豐富信息，」項說。

蔣先前與密西根大學天文學教授約翰·米勒合作，證明來自 NGC 4151 吸積盤的風可以達到足夠高的速度，將物質吹出系統。它還確定了驅動這些流出的潛在機制（這似乎是所謂的中心磁推力，類似於點燃太陽耀斑的機制）。

追蹤最快的黑洞流

在加州帕薩迪納舉行的美國天文學會第 248 屆會議上，Chiang 提出了一種確定 NGC 4151 強風何時活躍的新方法。這種方法可以幫助研究人員識別其他星系中的類似流出，並提高對整個宇宙中活躍星系核的了解。

由於 AGN 風會隨著時間的推移而發生巨大變化，Chiang 需要一種方法來確定最快和最強的外流何時發生。為此，它分析了數百天對 NGC 4151 星系的 XRISM 觀測結果。

她的工作重點是星系 X 射線輸出在耀斑中變亮的時期，以及 X 射線訊號在接下來的幾個小時內如何演變。

除了測量亮度之外，蔣還研究了檢測到的 X 射線是否相對較硬或較軟，這一特性類似於可見光中的顏色。她將這些測量結果組合成一個新的指標，稱為顏色強度指數。米勒建議將名稱縮寫為「盜竊」。

「部分原因是我的名字叫辛迪，」蔣說。 “但我們的想法是，在未來，你可以告訴我你的資金來源目前的風險有多大，我可以告訴你你看到資金快速外流的可能性。”

黑洞和銀河風之間的新時間聯繫

分析揭示了一個令人驚訝的模式。在 NGC 4151 中，當 X 射線較強但相對較弱時，出現最強的快風。

最快的流出並未發生在 X 光耀斑期間。相反，它們通常會在大約 10,000 秒或不到三個小時後出現。這項發現首次提供了 X 射線活動與黑洞吸積盤噴出的強風之間的直接時間連結。

透過確定這些外流何時發生，天文學家現在有了一個有價值的新工具來研究黑洞如何影響星系的生長和演化，以及為什麼宇宙中一些最大的星系缺乏許多恆星。