星系并合与黑洞的成长

译注：哈勃超深场是一小块哈勃望远镜特别关注的天区，哈勃望远镜对这片天区进行了最长时间的曝光观测，拍摄到大量极遥远极古老的星系，是研究星系演化过程和宇宙早期历史的重要数据。] 这两个小组将在第207次美国天文协会会议上介绍他们的结果。哈勃超深场的研究还证实了哈佛-史密森天体物理中心的拉斯·恩奎斯特（Lars Hernquist）、菲利浦·霍普金斯（Philip Hopkins）、提孜阿纳·迪·马特奥（Tiziana Di Matteo）和弗尔克·斯普林吉（Volker Springel）最近的计算机模拟所做出的预言，即新近并合的星系被如此大量的尘埃所包裹，以至于天文学家们无法看见正在疯狂进食的黑洞。这些计算机模拟暗示，需要花费几亿到十亿年的时间，足够多的尘埃才能被清理干净，天文学家们才能看见黑洞正在享用星系并合带来的恒星和气体，这一点已经得到了哈勃观测的支持。泄露黑洞正在进餐这个秘密的信号是，星系发出的光线会随着时间发生变化。两个HUDF小组相信，他们已经看见了星系演化的两个不同的状态：第一个状态——蝌蚪状态——代表了处于并合初期的系统，其中的中心黑洞仍然被包裹在尘埃之中；第二个状态是晚得多的“可变天体状态”，其中的并合系统已经清除了足够的气体，黑洞周围的内侧吸积盘已经变得可见。 “这两个状态几乎完全分离，这个事实是令人吃惊的，因为通常人们相信，星系的并合与中心黑洞的活动是紧密联系的。我们邻近的宇宙拥有成熟的星系，但是为了理解它们是如何形成与演化的，我们必须研究它们的过去，”温德霍斯特解释说。“哈勃超深场将我们送回过去，真切地看到了早期星系的影像，使我们可以研究它们的年轻时代。” 科学家们早就怀疑，星系的并合增长和中央黑洞的进食之间存在着某种关联。但是多年来的证据一直缺乏说服力。“哈勃超深场已经提供了非常高质量的信息。这是我们可以用来检验这一理论的第一批数据，因为它使得我们可以在四个月中研究大约5,000个遥远的星系，”亚利桑那州立大学的塞思·科恩（Seth Cohen）说，他领导了其中一个科研小组。哈勃超深场的观测现在清楚地表明，庞大黑洞的成长是如何与星系的增长保持同步的。一个由亚利桑那州立大学的安柏·斯特朗（Amber Straughn）领导的天文学家小组在哈勃超深场中搜索“蝌蚪星系”，之所以如此称呼是因为它们拥有明亮的结块和并合所产生的尾巴。这些特征是在星系丧失了它们对恒星的引力控制，将一部分恒星撒入太空时所产生的。这个小组找到了大约165个蝌蚪星系，在他们研究的2,700个星系中所占的比例为6%。 “不过，令我们吃惊的是，这些蝌蚪天体并没有显示出任何的亮度起伏，”斯特朗说。“这些闪烁的光线——假如存在的话——是由黑洞周围吸积盘中旋转的物质所发出的。这些物质被加热，并且开始发光。当它朝着黑洞盘旋而下的时候，它会迅速地改变亮度。对蝌蚪星系的研究暗示，新近并合的星系中的黑洞被尘埃所包裹，因此，我们无法看见它们正在吸积物质。” 科恩的小组研究了大约4,600个哈勃深空场天体在几周到几个月之间的亮度。哈勃小组发现大约45个（非蝌蚪）天体，即被研究星系总数的1%，在这段时间内出现了亮度上的大幅变化。这项结果表明，这些星系有可能包含着正在享用恒星或气体的超大质量黑洞。 “一个黑洞的典型进餐时间至少要持续几千万年，”温德霍斯特说。“这相当于黑洞每天只花费15分钟就吃光了它们的所有食物——这才是真正的快餐。” 哈勃深空场的分析还补充了哈勃望远镜之前对邻近大质量星系中心庞大黑洞的研究。那些研究表明，星系“中央恒星核球”的质量与中央黑洞的质量之间，存在着一个紧密的联系。今天的星系所拥有的中央黑洞，其质量都为几百万到几十亿倍太阳质量不等。
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