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  2012.6.19:新研究显示,早期宇宙中,黑洞更多地通过许多的小“点心”,而不是大“肉团”来喂饱类星体。类星体是黑洞在饕餮时释放的明亮光束,该过程中,部分物质被加热到数百万度的高温。最明亮的类星体居住在形状扭曲的相互合并的星系中;碰撞导致大量的气体和尘埃落入超级黑洞的巨大引力漩涡中。但现在,天文学家发现形状正常的旋涡星系中,潜伏着大量较暗的类星体;它们是黑洞吞噬少量气体或偶然路过的小型伴星系时引爆的。

哈勃WFC3拍摄的四个类星体宿主星系

  由美国宇航局(NASA)首要的两大空间望远镜——哈勃太空望远镜和斯皮策空间望远镜进行的对30个类星体宿主星系调查发现,26个星系没有形状扭曲等与邻居相碰的迹象;样本中只有一个星系有与其他星系相互作用的证据。这些星系存在于80—120亿年前,正是黑洞形成的高峰期。

  由耶鲁大学的凯文 肖文斯基(Kevin Schawinski)领导的研究支持以下推论:在宇宙的早年岁月,大部分的超级黑洞是通过零星但长期的吸积形成的,而不是短期内通过星系合并的戏剧性事件速成的。

  凯文解释说:“因星系合并点燃的类星体极为明亮,而我们研究的是更多的普通类星体,它们相当地暗。合并星系中的类星体吸引了所有的眼球,因为它们太明亮了,而宿主星系外形也太特别了。但是,那些基本的普通类星体事实上却是大部分黑洞的主要成长方式。它们默默生长,不需要惊艳的星系合并来炫耀自己。”

  凯文的科学研究报告将刊登在《皇家天文学会每月通报》上。

  带有合并特征的星系样本,我们注意到它有两个明亮的核,还有一条很长的潮汐尾。星系编号29263,由WFC3的红外通道拍摄

  凯文分析了哈勃和斯皮策在宇宙形成期河外星系近红外深度遗产巡天(CANDELS)项目中观测的星系图像。他们选择了30个笼罩在尘埃云中、在斯皮策红外图像中看起来特别明亮的星系——意味着其中的黑洞正在进食下落的物质。尘埃阻断了类星体在可见光波段的辐射,但红外光能透过尘埃,使凯文团队得以研究星系的外形细节。这些星系的质量与我们的银河系差不多。

  凯文团队接着研究了哈勃第三代广域相机(WFC3)拍摄的星系近红外图像。哈勃的锐利分辨率使团队能够仔细研究星系外形,因为星系合并会明显扭曲其外形、破坏其结构。但是,样本中仅有一个星系出现这种特征。

  不管是什么过程点燃了类星体,它们实在太暗,甚至低于哈勃的探测极限。凯文探测道:“我认为它们是多个过程的综合,可能包含偶尔经过的气体流、超新星爆发、吞下某些小天体,已经由气体流和恒星等提供给核心(黑洞)的物质等;”

  黑洞并不需要太多气体以满足其胃口并“发动”类星体。凯文继续解释道:“要使银河系变成类星体,当前核心数光年内的气体早已绰绰有余;问题仅在于它们没有落入黑洞而已。但是,假如其中的某团小气体云偶尔落入黑洞,足以使它变成类星体。星系内气体的随机运动和搅拌,将导致气体落入黑洞。100亿年前,气体的供应量大得多,随机运动也多得多。当时的矮星系也更普遍,被大星系吞并也更常见。”

  凯文研究的星系将成为詹姆斯 韦伯空间望远镜(JWST)的优先观测目标之一,JWST是大型中红外望远镜,预计将在下一个十年发射。“我们需要JWST直抵星系核心,知道到底是什么驱动那些类星体的;哈勃和斯皮策是发现此类星系的开拓者。”

  本研究的天文学家团队包括:耶鲁(Yale)大学的K. Schawinski, B.D. Simmons, C.M. Urry, E. Glikman;以及智利Concepción大学的E. Treister。