星系死亡过程悬而未决，冷类星体或揭秘

于1月11日开始的美国天文学会年会上一项研究报告称，一个编号为CQ 4479的星系虽然仍在形成大量新恒星，但它的中心还有一个活跃的超大质量黑洞，这个黑洞将使恒星形成在几亿年内停止。研究这个星系和其它类似的星系，将帮助天文学家准确地弄清楚这种恒星形成是如何停止的。

星系中心的黑洞示意图。（Image credit: NASA/JPL-Caltech）

美国堪萨斯大学劳伦斯分校（University of Kansas in Lawrence）的天体物理学家艾莉森·柯克帕特里克（Allison Kirkpatrick）说：“星系到底如何死亡是一个悬而未决的问题。”“这可以使我们对这一过程有很多了解。”

天文学家认为，星系通常开始时会大量制造新星。恒星由星系冷气体形成，这些气体在自身的引力作用下收缩，并点燃其中心的热核聚变。

但是在某些时候，某些东西会破坏形成恒星的燃料，并将这些燃料送到星系核心的超大质量黑洞。黑洞吞噬一些气体，并将周围气体加热到很高温度。

这种正在吞噬气体的活跃的黑洞甚至可以从数十亿光年的距离下，被称为类星体。高温气体的辐射将多余的能量泵入星系的其余部分，吹走或加热剩余的星系气体。因此恒星形成所需要的星系冷气体越来越少，最后恒星形成过程将完全停止。

这个观点与天文学家通常在宇宙中看到的星系类型相符：“蓝色和新的”恒星形成星系，以及“红色和死的”休眠星系。

但是，在检查来自大型巡天观测项目的数据时，柯克帕特里克及其同事注意到了另一种类型的星系。

研究团队发现了大约十二个星系，这些星系发出活跃的黑洞特征的高能X射线，但同时在低能红外光中发光。这表明星系中仍存在冷气体。研究团队在去年9月1日的《天体物理学杂志》上发表的一篇论文中称这些星系是一种新的类型，叫做“冷类星体”。

来自堪萨斯大学的合作者之一凯文·库克（Kevin Cooke）表示：“当看到黑洞正在积极吸收物质时，就可以预料恒星形成已经关闭。”“但是，冷类星体则处在一个临界时期，也就是中心黑洞吸收星系气体的过程刚刚开始。”

为了更详细地研究单个冷类星体，研究团队使用了同温层红外线天文台（SOFIA）。SOFIA于2019年9月观测了CQ 4479，这是一个距离我们大约52.5亿光年的冷类星体。

观测表明，CQ 4479的质量约为太阳质量的200亿倍，并且每年增加约95个太阳质量的新恒星。与银河系相比，银河系每年形成的新恒星质量大约只有两到三个太阳质量。

CQ 4479的中心黑洞是太阳质量的2400万倍，并且以每年约0.3太阳质量增长。柯克帕特里克说，就恒星和黑洞占总质量的百分比而言，它们的增长速度相同。

这种同步演化与星系如何消亡的理论背道而驰。“一般认为应该先产生大量新恒星，然后再增加黑洞质量，”柯克帕特里克说。“而这个星系表明黑洞和恒星形成确实有共同演化的时期。”

研究团队估计，在五亿年中，该星系将拥有1000亿个太阳质量的恒星，但其黑洞将变得安静。这是因为所有恒星形成需要的星系冷气体都将被加热或吹走。