大規模類星體爆發的秘密:相對論射流在茶杯星系的核心吹出氣泡
當物質落入星系中心的超大質量黑洞時,它釋放出巨大的能量,被稱為活動星系核(或AGN)。一部分AGN以射流的形式釋放出部分能量,這些射流可在無線電波段探測到,其速度接近光速。當射流穿越星係時,它與周圍的雲層和氣體發生碰撞,在某些情況下,可能會以風的形式將這些物質推開。然而,哪些條件會優先觸發這些風,將氣體從星系中吹走,人們仍然不甚了解。
噴流對星系內容的影響,如恆星、塵埃和氣體,在星系如何在宇宙中演變中起著重要作用。最強大的射電噴流,寄存在”大音量”星系中,負責急劇改變星系的命運,因為它們加熱氣體,阻止新的恆星形成和星系增長。對刺入盤狀星系的相對論射流的計算機模擬預測,射流在進一步深入星係時通過吹泡改變了周圍氣體的形狀。在模擬中,使噴流有效驅動風的關鍵因素之一是氣態盤和噴流傳播方向之間的角度。令人驚訝的是,像”無線電靜止”星系中的噴流那樣威力較小的噴流,能夠比威力很大的噴流對周圍介質造成更大的破壞。
由IAC研究員Anelise Audibert領導的一個國際科學小組發現了一個理想的案例,在其中研究射電射流與大質量類星體周圍冷氣體的相互作用:茶杯星系。茶杯星係是一個距離我們13億光年的無線電靜止類星體,它的綽號來自於光學和無線電圖像中看到的膨脹的氣泡,其中一個氣泡的形狀像茶杯的把手。此外,中心區域(大約3300光年大小)蘊藏著一個緊湊而年輕的射電噴流,相對於星系盤來說,它的傾斜度很小。
對恆星形成的影響
利用在智利沙漠中用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列(ALMA)進行的觀測,研究小組能夠以前所未有的詳細程度來描述茶杯中心部分的冷而密集的氣體。特別是,他們檢測到了一氧化碳分子的發射,這些分子只有在特定的密度和溫度條件下才能存在。基於這些觀察,研究小組發現,儘管緊湊的噴流功率很低,但它不僅明顯地破壞了氣體的分佈並對其進行加熱,而且還以一種不尋常的方式對其進行加速。
研究小組預計會在沿噴流的受影響區域檢測到極端情況,但是當他們分析觀察結果時,發現在垂直於噴流傳播的方向上,冷氣體更加紊亂,更加溫暖。”A. Audibert解釋說:”這是由噴氣驅動的氣泡所引起的衝擊造成的,它在橫向擴張中加熱並吹動氣體,”在與計算機模擬的比較支持下,我們認為冷氣體盤和噴氣之間的方向是有效驅動這些橫向風的一個關鍵因素,”她補充說。
“以前人們認為低功率噴流對星系的影響可以忽略不計,但是像我們這樣的工作表明,即使是在無線電靜止的星系中,噴流也可以重新分配和破壞周圍的氣體,這將對星系形成新星的能力產生影響,”IAC的研究員和該研究的共同作者Cristina Ramos Almeida說。
研究工作的下一步是用MEGARA觀測更大的射電安靜類星體樣本,這是安裝在Gran Telescopio CANARIAS(GTC或Grantecan)上的儀器。這些觀測將幫助我們了解噴流對更脆弱和更熱的氣體的影響,並測量由風引起的恆星形成的變化。這是QSOFEED項目的目標之一,該項目由IAC的C. Ramos Almeida領導的一個國際團隊開發,其目的是發現來自超大質量黑洞的風如何影響承載它們的星系。