打破射电静默的星系合并

[ 录入者:gohomeman1 | 时间:2016-02-15 21:33:16 | 作者:gohomeman1 译 | 来源:哈勃欧洲信息中心 | 浏览:1805次 ]

原文标题:Merging galaxies break radio silence

原文作者:Sandro Tacchella,Roberto Gilli;Mathias Jäger

副标题:Large Hubble survey confirms link between mergers and supermassive black holes with relativistic jets

来自:哈勃欧洲信息中心; 发表时间:2015.5.28

翻译:gohomeman1  审校:Linq(编译版权所有,未经许可请勿转载)

通过对大量同类巡天结果的普查,一个天文学家团队发现了超大质量黑洞驱动的高速喷流射电信号与宿主星系曾经发生过合并之间存在明确关联的证据。几乎所有带有喷流的星系,都被发现与其他星系正发生合并,或刚刚发生过合并。这个发现大大增加了喷流是黑洞合并结果的砝码。研究报告发表在近期的《天体物理学报》上。

著名的射电星系半人马A的示意图。大图:21.7MB,版权:NASA,ESA,STScI;研究者团队,下同。

本 图由欧洲南方天文台(ESO)的 L. Calçada制作。光学图像来自拉西亚天文台拍摄的半人马A(编号NGC 5128),叠加的喷流和紫色云团,是X线图像与人工图像的结合。半人马A是典型的碰撞星系,主星系是椭圆星系,叠加其上的尘埃带是撞入其中的一个旋涡星系的残余。

借助美国宇航局(NASA)和欧洲空间局(ESA)合作的哈勃望远镜的第三代广域相机(WFC3),一个天文学团队对大范围的哈勃巡天结果进行了分析,调查星系合并与其中心超级黑洞的活动之间的关联。

团队选择的星系都具有极高的中心亮度——称为活动星系核(AGN),它们被认为是围绕星系中心超级黑洞的大量炽热物质发出的。虽然绝大多数星系的中心是超大质量黑洞,但只有很小比例的星系拥有AGN,还可能更进一步产生相对论性喷流(注1)。这种成对的喷流速度接近光速,以相反方向垂直离开围绕黑洞的吸积盘,喷流可以延伸数千光年之远。喷流中的炽热物质也是星系强射电辐射的起源(喷流还能产生从X射线到红外线的全部辐射,译注)。

这种喷流正是美国太空望远镜科研所(STScI)的Marco Chiaberge和他的团队希望确认的——它是星系合并的结果(注2)。Macro同时也为约翰霍普金斯大学(JHU)和意大利国立天文研究院(INAF)射电天文研究所(IRA)工作。

哈勃拍摄的射电星系3C 297,它位于室女座,是典型的AGN。大图:739KB

团队调查了五类具有明显的可见标志的合并星系:两类具有喷流,两类没有喷流、但有明亮核心,还有一类普通的不活跃星系(注3)。

Macro介绍说:“那些拥有喷流的星系在射电波段发出巨量辐射,而哈勃WFC3的观测显示,这些星系基本都与合并有关。不过,星系合并可不仅仅只有包含喷流这么一个证据。” (注4)

研究报告合作者、意大利博洛尼亚(Bologna)天文台的Roberto Gilli补充道:“我们发现,很多的合并事件并没有产生带有强烈射电辐射的活动星系核(AGN)现象。我们研究的大约40%星系样本,曾经发生过的明确的合并事件,但现在它们并没有壮观的喷流和射电辐射。”

虽然现在已基本清楚,一个星系要拥有产生相对论性喷流的超大质量黑洞,星系合并几乎是必由之路;团队猜测必定还有气体附加条件。他们推测,当两个星系合并时,喷流的产生应在中央黑洞与相似等级的黑洞相遇而加速旋转的时候(势能转化为动能,译注),来自黑洞的过剩旋转能量驱动了喷流。

哈勃拍摄的射电星系3C 454.1(图像正中),它位于仙王座,也属于AGN。大图:711KB

研究报告合作者Colin Norman总结道:“星系合并可能通过两种途径影响中央的超级黑洞。首先,合并使更多的气体落入星系中心,黑洞和吸积盘的质量都得到增加。不过这个过程应该影响所有的合并星系,但并非所有的星系合并最终都发生喷流。因此另一种可能是,两个大质量星系的合并,可能导致两个吨位相近的超级黑洞本身合并。这是一类特别的合并,结果形成了一个旋转更快的超大质量黑洞,并产生了相对论性喷流。”

未来,我们需要借助哈勃和阿塔卡玛大型毫米/亚毫米射电阵列(ALMA)实行进一步的巡天观测,以继续阐明星系中这些复杂而强大的(喷流)过程。

附注

1、因为喷流速度非常接近光速,必须用狭义、广义相对论理论来研究,因此称为相对论性喷流。它们是宇宙中已知的最快粒子流之一(除了静止质量为零的光子、引力子,译注)。

2、本文研究所用的新观测,由哈勃-3CR团队实施。这个国际天文学家团队当前由Marco Chiaberge领导,已经管理实施了一系列使用哈勃望远镜进行的、对位列于3CR天体表上的射电星系和类星体的巡天。

哈勃拍摄的射电星系3C 356(图像正中),它位于天龙座,同样属于AGN。大图:2.2MB

3、团队把他们的观测数据与此前的哈勃数据库进行比较。他们直接观测了12个很遥远的射电星系,并把结果与来自其他项目的大量星系观测相对比。

4、其他人的研究已经表明,星系此前的合并与射电波段的高辐射量间存在强烈关联,这意味着星系中心曾有过、或潜伏着相对论性喷流。不过本次研究的样本广得多,而结论也非常清晰:几乎所有强射电辐射的AGN,也就是拥有相对论性喷流的活动星系核,是星系合并的结果。

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