哈勃发现一个黑洞在矮星系中点燃了恒星形成的风暴

矮星系 Henize 2-10 继续产生巨大影响，超出了天文学家的预期。

黑洞通常被描述为宇宙中的怪物——撕裂恒星，吞噬任何靠得太近的东西，并俘虏光。 详细证据来自 美国国家航空航天局的 哈勃太空望远镜，然而，显示一个 黑洞 从新的角度来看：促进而不是抑制恒星的形成。 矮星暴星系 Henize 2-10 的哈勃成像和光谱清楚地显示了从黑洞延伸到像脐带一样的明亮恒星诞生区域的气体流出，触发已经密集的云形成星团。 天文学家此前曾争论过，矮星系可能有一个类似于较大星系中的超大质量黑洞的黑洞。 对在宇宙时间里一直很小的矮星系的进一步研究可能会揭示超大质量黑洞的第一颗种子是如何在宇宙历史上形成和演化的问题。

矮星暴星系 Henize 2-10 的哈勃成像和光谱清楚地显示了从黑洞延伸到像脐带一样的明亮恒星诞生区域的气体流出，触发已经密集的云形成星团。 图片来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心； 首席制片人：保罗·莫里斯

在美国宇航局哈勃太空望远镜的最新研究中，黑洞通常被描绘成能俘获光的破坏性怪物，但它的作用并不那么邪恶。 矮星系 Henize 2-10 中心的一个黑洞正在创造恒星，而不是吞噬它们。 黑洞显然促成了银河系中新恒星形成的风暴。 矮星系位于 3000 万光年之外，位于南方的 Pyxis 星座。

十年前这个小星系 放 离开 辩论 在天文学家中，关于矮星系是否是黑洞的家园，与在较大星系中心发现的超大质量巨兽成正比。 这个新发现几乎没有 Henize 2-10，只包含我们在我们发现的恒星数量的十分之一 银河系，准备在解决超大质量黑洞从何而来的谜团中发挥重要作用。

“十年前，作为一名研究生，我认为我的职业生涯将专注于恒星形成，我查看了 Henize 2-10 的数据，一切都发生了变化，”出版了 银河系黑洞的第一个证据 2011 年，是哈勃新观测的首席研究员，发表在 1 月 19 日的 自然.

矮星暴星系 Henize 2-10 的中心区域的拉出追踪了 230 光年长的热气体外流或桥，连接了星系的大质量黑洞和恒星形成区域。 哈勃关于黑洞流出速度以及年轻恒星年龄的数据表明两者之间存在因果关系。 几百万年前，流出的热气体猛烈撞击恒星托儿所的稠密云层并扩散开来，就像软管中的水撞击一堆泥土一样。 现在年轻恒星团垂直于流出物排列，揭示了它的传播路径。 图片来源：NASA、ESA、Zachary Schutte (XGI)、Amy Reines (XGI)； 图像处理：Alyssa Pagan (STScI)

“从一开始，我就知道 Henize 2-10 正在发生一些不寻常和特别的事情，现在哈勃提供了一张非常清晰的图片，说明了黑洞与距离黑洞 230 光年的恒星形成区域之间的联系， ”雷恩斯说。

这种联系是气体的流出，它像脐带一样横跨太空，流向明亮的恒星托儿所。 当低速外流到达时，该地区已经是一个密集的气体茧的所在地。 哈勃光谱显示流出物以每小时约 100 万英里的速度移动，像花园软管撞到一堆泥土一样猛烈撞击稠密的气体并扩散开来。 新生的星团点缀着外流扩散的路径，它们的年龄也是由哈勃计算的。

这与在较大星系中看到的效果相反，落入黑洞的物质被周围的磁场吹走，形成炽热的喷流 等离子体 以接近光速的速度运动。 在喷流路径中捕获的气体云将被加热，远远超出它们冷却并形成恒星的能力。 但随着 Henize 2-10 中质量较小的黑洞及其更温和的流出，气体被压缩到刚好足以促成新恒星的形成。

“距离我们只有 3000 万光年的 Henize 2-10 足够近，以至于哈勃能够非常清晰地捕捉到黑洞流出的图像和光谱证据。 额外的惊喜是，外流并没有抑制恒星的形成，而是触发了新恒星的诞生，”雷恩斯的研究生和新研究的主要作者扎卡里舒特说。

自从她第一次发现与众不同的 收音机 和 X 射线 在 Henize 2-10 的排放中，Reines 认为它​​们可能来自一个巨大的黑洞，但不像在更大的星系中看到的那样超大质量。 然而，其他天文学家认为，这种辐射更有可能是由超新星遗迹发出的，这在一个正在迅速排出大量恒星并迅速爆炸的星系中很常见。

“哈勃惊人的分辨率清楚地显示了气体速度的螺旋状模式，我们可以将其拟合到黑洞进动或摆动流出的模型。 超新星遗迹不会有这种模式，因此它实际上是我们确凿的证据，证明这是一个黑洞，”Reines 说。

Reines 预计未来将有更多的研究针对矮星系黑洞，目的是利用它们作为超大质量黑洞如何在早期宇宙中形成之谜的线索。 对于天文学家来说，这是一个持久的难题。 星系的质量与其黑洞之间的关系可以提供线索。 Henize 2-10 中的黑洞质量约为 100 万个太阳质量。 在更大的星系中，黑洞的质量可能超过我们太阳质量的 10 亿倍。 宿主星系的质量越大，中央黑洞的质量就越大。

目前关于超大质量黑洞起源的理论分为三类：1）它们像较小的恒星质量黑洞一样形成，来自恒星的内爆，并以某种方式聚集了足够的物质以发展成超大质量，2）早期的特殊条件宇宙允许形成超大质量恒星，这些恒星立即坍缩形成巨大的黑洞“种子”，或者 3）未来超大质量黑洞的种子诞生在密集的星团中，而星团的总质量就足够了以某种方式从引力坍缩中创造出它们。

到目前为止，这些黑洞播种理论都没有带头。 像 Henize 2-10 这样的矮星系提供了潜在的有希望的线索，因为它们在宇宙时间里一直很小，而不是经历像银河系这样的大型星系的增长和合并。 天文学家认为，矮星系黑洞可以作为早期宇宙中黑洞的模拟物，当时它们刚刚开始形成和生长。

“第一个黑洞的时代不是我们能够看到的，所以它真的变成了一个大问题：它们是从哪里来的？ 矮星系可能会保留一些关于黑洞播种场景的记忆，否则这些记忆会在时间和空间中消失，”雷恩斯说。

参考：“黑洞触发的矮星系 Henize 2-10 中的恒星形成”，Zachary Schutte 和 Amy E. Reines，2022 年 1 月 19 日， 自然.
DOI: 10.1038/s41586-021-04215-6

哈勃太空望远镜是 NASA 和 ESA（欧洲航天局）之间的国际合作项目。 位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心负责管理该望远镜。 位于马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所 (STScI) 开展哈勃科学业务。 STScI 由华盛顿特区的天文学研究大学协会为 NASA 运营