《自然-天文學》（Nature Astronomy）雜誌上的一項研究揭示了超大質量黑洞及其宿主星系在共享氣體供應驅動下的同步共同演化，這種演化在不同類型的星系中是一致的。這項突破性研究為理解黑洞-星系動力學和塑造未來研究提供了重要見解。

透過分析近11,500 個活動星系核的數據，研究人員發現不同類型星系的黑洞質量與恆星質量之間有一致的關係。

這項研究由2022年畢業於北京大學、現隸屬於伊利諾大學香檳分校的莊銘陽博士和北京大學卡弗里天文與天體物理研究所的何路易教授共同完成，他們推導出了近11500個紅移≤ 0的宿主星系的結構和光度特性。利用Pan-STARRS1 3PI Steradian巡天的數據，得出了近11500個紅移≤0的主星系的結構和光度特性。北京大學是該論文的主要合作單位。這項題為”活動星系核及其宿主星系的演化路徑”的研究最近發表在《自然-天文學》上。

在超大質量黑洞的質量與其宿主星系的性質之間觀測到的緊密聯繫長期以來一直吸引著天文學家。然而，關於黑洞與星系的關係是如何產生的，又是如何隨著時間的推移而演變的，目前還沒有共識。黑洞質量與附近宇宙中AGN的宿主星系性質之間的具體聯繫，至今仍難以捉摸。

研究人員發現，無論星系類型如何，黑洞質量和恆星質量之間的關係都類似於黑洞主動吸積星系。此外，星系在這種關係中的位置似乎與恆星形成和黑洞吸積活動的水平有關。

左圖：黑洞質量-恆星質量平面上的天體向z = 0 的演化路徑。演化路徑由每個箭頭的方向和長度表示。紅色、綠色和藍色橢圓代表了z ≳ 6 類星體和疑似黑洞質量不足的天體的典型位置，包括z≈2 亞毫米波星系（SMGs）和附近的紅外線發光星系（LIRGs）以及窄線塞弗特1 星系（NLS1s）。黑線表示具有非活動（死）黑洞的本地星系的位置。右圖研究中分析的四個低紅移1 型AGN 的Pan-STARRS1 假彩色影像。資料來源：北京大學

莊博士說：”我們的研究結果揭示了星系在黑洞質量-恆星質量平面上的演化軌跡。星系及其中心黑洞的共同演化在長時間尺度上似乎是同步的。擁有超重黑洞的星系透過製造更多恆星來追趕。黑洞瘦小的星系則讓黑洞吃得更多。最終，二者達到了一種’快樂’的平衡。”

黑洞吸積和恆星形成有共同的氣體供應，這可能是天體在局部關係上步調一致、同步成長的原因。位於本構關係下方、黑洞質量不足的天體的演化路徑支持了最近的模擬結果，即黑洞的增長最初落後於恆星的形成，但後來氣體在恆星質量較高時趨於穩定後，情況發生了逆轉。具有高於局部關係的超大黑洞的AGN會繼續增加恆星質量，這與在早期型AGN宿主星系中探測到的活躍恆星形成和豐富的氣體含量是一致的。

回饋機制與未來研究方向

這些軌跡表明，輻射模式AGN反饋機制預計會抑制恆星的形成，但對於低於縮放關係的星係來說，這種反饋機制並不那麼有效。對於高於該比例關係的星系，動力學模式回饋似乎不足以阻止恆星的長期形成。

“這項工作提供了關於超大質量黑洞及其宿主星系共同演化的新見解，可以作為演化研究的明確基準和框架，”何教授強調。”這些結果為模擬黑洞及其宿主星系之間複雜相互作用的數值模擬提供了重要的觀測約束。”

“這篇文章探討了附近宇宙中黑洞質量-恆星質量平面上星系的演化路徑，將恆星形成和黑洞吸積的特性聯繫起來，為活動星系核反饋提供了關鍵的約束條件，”《自然-天文學》編輯高度讚揚道。”其中一位審查者說：”這篇論文的發現非常有趣，對於我們理解黑洞和星系在整個宇宙時期的共同演化及其恆星形成和吸積相當重要。”