天文学家可能正在更接近于解决一个关于宇宙最大星系的长期谜团。来自X射线成像与光谱任务（XRISM）的观测提供了新的证据，表明超大质量黑洞可能正在阻止这些巨型星系形成预期中的许多恒星。根据当前模型，最庞大的星系应包含比天文学家实际观察到的更多的恒星质量。这一缺口表明某种过程正在抑制恒星形成。密歇根大学的博士生辛 “悉尼” 向利用XRISM数据研究了一种主要解释，并找到了直接指向黑洞的证据。 大多数人知道黑洞是一种重力非常强的物体，连光一旦越过某个边界都无法逃脱。然而，黑洞也能在周围创造出极其明亮的区域。当气体和尘埃向内螺旋而去时，它们形成一个吸积盘，释放出巨量的能量，包括强大的X射线。 黑洞风与恒星形成 吸积盘是宇宙中最具能量的环境之一。朝向黑洞下落的物质通过重力和摩擦加热，直到变成一种强烈的高温等离子体。同时，该盘可以发射出强大的物质外流。这些风流可能足够强大，以扫除星系中的气体。由于气体是形成新恒星所需的原材料，此类外流可能会显著减少未来的恒星形成。XRISM的数据支持了这一可能性。该任务由日本宇宙航空研究开发机构主导，并与美国宇航局和欧洲航天局合作。 “之前在没有XRISM的情况下，我们只能看到外流的宽泛特征，”向说。“但要回答重要问题，你需要能够分辨细微特征。它们的结构和几何形状是什么？这些风流如何被发射，什么时候被发射？” XRISM提供了更清晰的视角 XRISM于2023年发射，并于2024年秋季开始科学观测。它的能量分辨率大约是其前身的10倍，使天文学家能够在更大细节上研究黑洞环境。向和她的合作者专注于NGC 4151，这是一个距离地球略超过5000万光年的明亮星系。它的中心是一个活跃的星系核（AGN），其中超大质量黑洞正在积极消耗物质，并产生一个明亮的吸积盘。这使得NGC 4151成为研究黑洞驱动的物质外流的理想实验室。 “有了XRISM，我们在观察最亮的AGN时拥有最佳的分辨率，并且我们获得了迄今为止观察到的关于吸积盘外流的最丰富信息，”向说。 与密歇根大学的天文学教授乔恩·米勒合作，向之前表明NGC 4151的吸积盘的风流速度高到足以从系统中弹射物质。她还确定了推动这些外流的可能机制（似乎是所谓的磁离心驱动，这与引发太阳耀斑的机制相似）。 跟踪最快的黑洞外流 在加利福尼亚帕萨迪纳举办的美国天文学会第248届会议上，向展示了一种确定NGC 4151强大风流何时活跃的新方法。这种方法可以帮助研究人员识别其他星系中的类似外流，并改善对宇宙中AGN的理解。由于AGN风流可以随着时间的推移而发生剧烈变化，向需要一种方法来确定最快和最强外流发生的时间。为此，她分析了NGC 4151数百天的XRISM观测数据。她的研究集中在星系的X射线输出在耀斑期间变亮的时期，以及X射线信号在之后几个小时的演变。除了测量亮度，向还研究了检测到的X射线是相对“硬”还是“软”，这是一种可与可见光中的颜色相比较的特性。她将这些测量结合成一个新的指标，称为色强指数。米勒建议将其名称缩短为“辛迪度”。 “部分因为我的名字是悉尼，”向说。“但这一想法是，在未来，你可以告诉我你此时源的辛迪度，我就可以告诉你你看到快速外流的概率。” 黑洞与星系风之间的新时间连接 这项分析揭示了一种令人惊讶的模式。在NGC 4151中，最强的快速风流出现在硬度高但相对微弱的X射线期间。最快的外流并没有发生在X射线耀斑本身期间。相反，它们通常出现在大约10,000秒，或不到三个小时后。这一发现提供了黑洞吸积盘的X射线活动与强大风流之间的首个直接时间连接。通过识别这些外流发生的时机，天文学家现在拥有了一种有价值的新工具，可以研究黑洞如何影响星系的生长和演化。