天文学家第一次观察到星系合并的最后阶段

2018-12-07 11:20:18来源：新浪科技

北京时间12月7日消息，据国外媒体报道，天文学家第一次观察到星系合并的最后阶段。透过厚厚的气体和尘埃，他们看到了成对的超大质量黑洞越来越靠近，在碰撞之后迅速成长。

▲在NGC 6240星系中，可以看到两个较小的星系处于合并的最后阶段。位于两个小星系核心的黑洞在迅速成长，吞噬着合并星系的气体和尘埃。

在大多数(如果不是全部)星系的中心都存在着超大质量黑洞，其质量是太阳的数百万倍至数十亿倍。举例来说，在银河系中心的人马座A*是一个非常光亮且致密的无线电波源，被认为可能是离我们最近的超大质量黑洞的所在，其规模大约为太阳质量的450万倍。

▲一些正在碰撞的星系核，它们正处于合并的最后阶段。最上方为NGC 6240星系，左图由哈勃太空望远镜的第3代广域照相机拍摄，右图为凯克天文台用红外线拍摄的星系核;下方4个星系的图像由泛星计划(全称直译为“全景巡天望远镜和快速回应系统”)和凯克天文台拍摄。

此前的研究发现，星系的合并可能有助于超大质量黑洞的成长。研究者提出，位于相互碰撞的星系中央的黑洞可能会合并，形成更大规模的黑洞。

星系的合并很可能为超大质量黑洞提供充足的机会来撕裂恒星并吞噬物质。这种碰撞会释放出极其大量的辐射，并很可能成为类星体背后的驱动力。类星体是宇宙中最明亮的天体之一。然而，这篇新论文的作者表示，支持基于星系合并的超大质量黑洞成长模型的证据十分复杂。虽然一些研究已经揭示了类星体和合并星系之间存在联系，但其他研究却没有发现这种关联。

对于类星体和合并星系之间明显没有关联的一个可能解释是，围绕这些星系的气体和尘埃很可能严重遮挡了黑洞。即使在合并的早期阶段，当星系之间距离超过16000光年时，情况也是如此。研究作者指出，计算机模拟显示，这种遮挡的程度在星系合并的最后阶段，即星系核之间的距离不到10000光年时将达到最高。

现在，研究人员已经观察到好几对处于合并后期阶段的星系，位于它们中心的超大质量黑洞正在不断拉近距离。这些发现将为揭示更大型的超大质量黑洞如何形成提供线索。

研究人员首先从美国航空航天局(NASA)的尼尔·格雷尔斯雨燕天文台(Neil Gehrels Swift Observatory)获取了10年的X射线数据，从中筛选出与隐藏黑洞有关的信息。当黑洞吞噬物质时，即使被厚厚的气体和尘埃遮挡，这些“活跃”黑洞所产生的高能X射线也能被观察到。

接下来，研究人员通过梳理哈勃太空望远镜和凯克天文台(位于美国夏威夷)的数据，寻找与这些X射线信息相匹配的星系。论文第一作者迈克尔·科斯(Michael Koss)称，凯克天文台通过一种名为“自适应光学”(adaptive optics)的技术，由计算机控制可变形的镜面，可以使恒星图像变得更加锐利，“从而极大地提高了分辨率”。

科斯是加利福尼亚州奥克兰市Eureka Scientific科技公司的天体物理学家。他说：“这就相当于从20/200的视力(等于我们所说的视力0.1)，即法律意义上的失明，变成20/20的视力(视力1.0)，使我们能看到令人难以置信的星系细节。”

总而言之，研究人员分析了凯克天文台观测的96个星系和哈勃望远镜观测的385个星系的数据。所有这些星系与地球的平均距离为3.3亿光年，在宇宙尺度上还是相对比较近的，许多星系的大小与银河系类似。

研究人员发现，这其中超过17%的星系在中心处都有一对黑洞，这预示着它们处于星系合并的晚期阶段。这些发现与研究人员计算机模拟的结果吻合，后者显示，在富含气体和尘埃的星系中隐藏着的活跃黑洞是许多超大质量黑洞合并的原因。

“星系合并可能是黑洞成长的重要方式，”科斯说道。我们身处的银河系目前就处于与邻近仙女座星系合并的过程中，位于两个星系核心处的超大质量黑洞最终也将碰撞、合并在一起。现在，这两个星系之间有数百万光年的距离，但我们(银河系)正在以每小时40万公里的速度朝仙女座星系移动，”科斯说，“在60亿年内，银河系或仙女座星系将不复存在，只留下一个更大的星系。”

对于隐藏在气体和尘埃背后、正在合并的星系，对它们更清晰的观察结果或许将来自NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜。这是一台红外线太空望远镜，预计将于2021年发射。下一代地面天文望远镜，如30米望远镜(Thirty Meter Telescope)、欧洲极大望远镜(European Extremely Large Telescope，简称E-ELT)和巨型麦哲伦望远镜(Giant Magellan Telescope)等，也将通过主动光学系统为我们带来更加精细的星系图像。研究人员称，詹姆斯·韦伯太空望远镜应该还能够测量距离我们较近的超大质量黑洞的质量、成长速率和其他物理学特征。

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