受大質量黑洞的年輕噴流所衝擊的氣體

被ALMA解析!

(中央研究院天文及天文物理研究所成果發表,上網時間:2020年3月27日)

天文學家已透過ALMA,首度解析到在110億光年之外的星系中,受擾動的氣體雲的圖像。含中研院天文所松下聰樹研究員在內的這個團隊發現,氣體所受擾動是由星系中心超大質量黑洞所噴的年輕、強大噴流造成。這項結果有助於揭開早期宇宙星系演化過程的奧秘。

黑洞對周圍物質有強大引力,吾人知之甚詳,然而尚不為大家熟知的是,有些黑洞,還有著「快速運動的電離態物質流」--即「噴流」。

在鄰近星系中,演化晚期的噴流,會吹走星系中的氣體雲,結果使恆星形成遭抑制。為了能更明瞭星系演化,理解在宇宙歷史中,黑洞噴流和氣體雲二者如何相互作用,可謂至關重要,然而,要獲得這種相互作用的明確證據卻很困難,尤其在宇宙早期更是難中之難。

為了獲取清晰的證據,研究團隊透過ALMA觀測了 MG J0414+0534 這個有趣的天體。MG J0414+0534 有趣的第一點在於,由它所發出之光所行路徑,因受另一位置在MG J0414+0534 和地球中間的「透鏡」星系重力影響,產生了嚴重變形,並顯著被放大。

MG J0414+0534 的ALMA圖像(紅色顯示塵埃和電離氣體輻射,綠色是一氧化碳氣體之幅射)

Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), K. T. Inoue et al.

日本東京大學副教授峰崎岳夫說:「透鏡星系就像『天然望遠鏡』,能協助我們取得遠處物體細節圖像

其次,MG J0414+0534 有另一特點:其宿主星系中心的黑洞,會噴出雙極噴流。研究者藉仔細去考慮中間透鏡星系造成的重力效應,得以重建出在MG J0414+0534裡的氣體雲及噴流的「實際」影像。

如果移除重力透鏡效應的話,重建後的MG J0414+0534 圖像將會是這樣。

橘紅色顯示類星體周圍塵埃及電離氣體。圖像中最亮的部分是類星體所在位置,綠色為一氧化碳氣體輻射,顯示出沿著噴流有雙極結構。

Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), K. T. Inoue et al.

日本國立天文臺/SOKENDAI計畫副教授中西康一郎對觀測所得補充說明:「在『宇宙望遠鏡』和ALMA的高解析觀測結合下,我們獲得異常清晰的視力,相當於人類視力提升9000倍」,「有了這種極高解析力,我們便能夠獲得從超大質量黑洞噴出的氣體雲怎樣分佈和運動的細節。」

借助於如此高的解析力,研究團隊發現,噴流周圍的氣體雲以高達每秒600公里的速度劇烈運動,這清楚證明了受衝擊氣體的存在。此外並且發現,受衝擊氣體雲和噴流的尺度,與典型星系尺度相比,小很多。

中央研究院天文與天文物理研究所研究員松下聰樹說,「我們可能正在目睹星系中的噴流早期演化階段,噴流甚至也許才剛發射出來,僅經過幾萬年而已。」

日本近畿大學井上開輝教授是論文主要作者,對此項成果的亮點和重要性,簡短總結:MG J0414+0534 是個很棒的個案,因為噴流很年輕,」「我們發現噴流和氣體雲間有明顯相互作用的確鑿證據,而且甚至是噴流演化非常早期的階段就有,我認為這項發現,對後續更深入理解早期宇宙星系演化過程,是很重要的一環。」(論文見《天文物理期刊通訊》

MGJ0414+0534的插畫示意圖。左方插圖表示星系中心的超大質量黑洞剛噴出強力噴流,擾動了宿主星系周圍的氣體,右方為其局部放大,示意著噴流擾動了該星系中的一些氣體,綠色部分是受擾動氣體的位置。

Credit: Kindai University

本項研究結果已於2020年3月27 日在Astrophysical Journal Letters (《天文物理期刊通訊》)發表。篇名:ALMA 50-parsec resolution imaging of jet-ISM interaction in the lensed quasar MGJ0414+0534

論文作者為:井上開輝(近畿大學), 松下聰樹(中研院天文所),中西康一郎 (日本國立天文臺 /SOKENDAI),峰崎岳夫(東京大學)

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英譯中及網頁編輯:黃珞文

審校:周美吟博士

中央研究院天文及天文物理研究所科學成果發表: https://www.asiaa.sinica.edu.tw/news/sciencehighlight.php