博科园|一旦“猝灭”机制发生，将能抑制黑洞本身的吸积，阻止恒星形成！
研究恒星形成如何随宇宙时间演变的天文学家发现 ， 静止星系（没有产生很多新恒星的星系）经常有活跃的星系核 。 这些活动星系核将物质附着在热的环核圆盘上 ， 所产生的能量以辐射爆发的形式释放 ， 或者以接近光速运动的粒子射流形式释放 。 天文学家怀疑这些爆发驱动气体外流超过数千光年 ， 在一种称为猝灭的过程中破坏和分散潜在的恒星形成物质 。
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此外 ， 猝灭机制是一种自限机制 ， 因为色散最终抑制了气体对黑洞本身的吸积 。 然而 ， 还有其他提出的猝灭机制：恒星形成过程中产生的超新星可能是原因（或者至少是一个重要的贡献者） ， 就像强大的恒星风一样 。 因此 ， 验证这些不同的可能是星系研究的一个关键目标 。 CFA天文学家Bryan Terrazas、Rainer Weinberger和Lars Hernquist及其同事使用名为IllustrisTNG的大规模流体动力学模拟来追踪星系及其黑洞的演化 。
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特别是研究黑洞反馈和恒星形成抑制之间的相关性 ， 尽管天文学家对黑洞吸积的细节仍然只有粗略了解 ， 但该模型能让科学家改变模拟的许多输入参数 ， 以测试一系列替代方案 。 天文学家发现 ， 当黑洞吸积风中的能量 ， 大于气体中的引力能时 ， 局部宇宙中恒星质量超过1.6亿个亿的星系 ， 确实会倾向于熄灭恒星的产生 ， 而且当超大质量黑洞的质量超过大约100个太阳质量时 ， 这种情况就会发生 ， 其研究发现发表在《皇家天文学会月刊》上 。
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这个数值似乎描绘得相当清晰：90%的小黑洞星系正在活跃地恒星形成 ， 90%的大黑洞星系是静止的 。 然后 ， 研究小组将模拟结果与91个星系的观测结果进行了比较 ， 发现总体上是一致的；然而 ， 观测结果显示的行为范围要大得多 。 超大质量黑洞反馈被认为是很大一部分星系缺乏恒星形成或静止的原因 。 在星系形成模型中 ， 研究探索了比恒星形成率(SSFR)、恒星质量(Mstar)和黑洞质量(MBH)之间可观测关联是如何对黑洞反馈物理敏感的 。
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研究的TNG100模拟和改变黑洞模型参数的10个模型变体 ， 以z=0 ， Mstar>1010M⊙的中心星系为研究对象 ， 发现当低吸积率下黑洞动能的能量大于星系星体半径内气体的引力结合能时 ， 该星系的恒星形成率减小 。 这发生在一个特定的黑洞质量阈值上 ， 超过这个阈值 ， 星系就会从主要是恒星形成的星系 ， 急剧转变为主要是静止的星系 。
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作为这一行为的结果是 ， 静止星系的比例作为恒星质量的函数对黑洞质量-恒星质量关系的归一化和IllustrisTNG中静止黑洞质量阈值都很敏感 。 研究将这些模型的结果与91个中心星系动态黑洞质量观测结果进行了比较 ， 但需要注意的是 ， 这个样本并不能代表整个星系群 。 虽然IllustrisTNG再现了观测到的静止星系拥有更多质量黑洞的趋势 ， 但观测结果显示 ， 在给定的恒星质量处 ， 黑洞质量的散射范围更广 ， 并且随着黑洞质量的增加 ， 恒星形成率下降得更平稳 。
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博科园｜研究/来自：哈佛史密森天体物理学中心
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