不同于銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞，有一類超大質(zhì)量黑洞仍然在大量吞噬著周圍的物質(zhì)，隱藏它們于中心的星系被稱為活動(dòng)星系，而它們自己被稱為活動(dòng)星系核（Active Galactic Nuclei；AGN）。活動(dòng)星系核發(fā)出光學(xué)輻射的區(qū)域小至幾光天（與之相比，普通星系的尺度約幾十萬(wàn)光年），但光度卻甚于普通星系十至幾十萬(wàn)倍。活動(dòng)星系核的燃料供給是活動(dòng)星系核研究中尚未解決的重要問(wèn)題。對(duì)它的研究既可以幫助人們認(rèn)識(shí)黑洞的吸積和質(zhì)量增長(zhǎng)過(guò)程，同時(shí)對(duì)于人們了解黑洞與其寄主星系的共同演化過(guò)程也具有重要的意義。

供黑洞吞噬的物質(zhì)是如何來(lái)到星系中心的呢？理論研究認(rèn)為，星系中的各種恒星結(jié)構(gòu)（如恒星棒、旋臂、核棒、核旋臂等）可以導(dǎo)致氣體向星系中心的內(nèi)流，從而為低光度活動(dòng)星系核中的核活動(dòng)提供燃料。然而，由于缺乏空間分辨的數(shù)據(jù)，在研究工作中一直缺乏直接的觀測(cè)證據(jù)。

近日，中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)博士研究生羅榮欣在研究員郝蕾的指導(dǎo)下，利用VENGA( VIRUS-P Exploration of Nearby Galaxies) 巡天的積分視場(chǎng)光譜數(shù)據(jù)對(duì)近鄰低光度活動(dòng)星系核 NGC 1042中核活動(dòng)的燃料供給機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，他們發(fā)現(xiàn) NGC 1042中的內(nèi)部旋臂可以導(dǎo)致電離氣體的徑向內(nèi)流，從而為核活動(dòng)提供燃料。這一結(jié)果表明，在無(wú)恒星棒的晚型星系中，旋臂所導(dǎo)致的氣體內(nèi)流現(xiàn)象在該類星系的長(zhǎng)期演化中具有一定作用。目前該工作已經(jīng)被國(guó)際核心期刊《天體物理學(xué)報(bào)》接收發(fā)表。

據(jù)郝蕾介紹，積分視場(chǎng)光譜(Integral Field Spectroscopy，簡(jiǎn)稱 IFS)是近年來(lái)快速發(fā)展的新型天文觀測(cè)技術(shù)。這是一種兼顧成像和光譜優(yōu)勢(shì)的觀測(cè)手段，其最大的特點(diǎn)在于能夠同時(shí)獲取星系中不同空間位置處的光譜，從而提供豐富的空間分辨信息。VENGA是一個(gè)國(guó)際合作的積分視場(chǎng)光譜巡天項(xiàng)目，其觀測(cè)目標(biāo)為30個(gè)近鄰的漩渦星系，其中包括17個(gè)活動(dòng)星系核。目前該巡天已完成了觀測(cè)及數(shù)據(jù)處理，共獲得上述星系約55000個(gè)區(qū)域的光譜。近年來(lái)，郝蕾領(lǐng)導(dǎo)的星系與活動(dòng)星系核課題組一直積極參與 VENGA巡天的觀測(cè)、數(shù)據(jù)處理及科學(xué)分析工作。

“近鄰活動(dòng)星系核中的燃料供給機(jī)制是我感興趣的，我希望通過(guò)積分視場(chǎng)光譜的數(shù)據(jù)來(lái)研究星系中氣體的分布、電離及運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，從而幫助人們理解各種恒星結(jié)構(gòu)是如何將氣體轉(zhuǎn)移到星系中央，并為核活動(dòng)提供燃料的。”文章的第一作者羅榮欣說(shuō)。

那為什么選擇NGC 1042呢？羅榮欣表示，它是一個(gè)約1400萬(wàn)光年之外的低光度活動(dòng)星系核，位于鯨魚座天區(qū)內(nèi)，其中央潛伏著一個(gè)300萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，星系中央與黑洞共存的還有大質(zhì)量的恒星團(tuán)，而且核恒星團(tuán)中不乏年輕恒星。這些性質(zhì)使得 NGC 1042成為研究低質(zhì)量端黑洞質(zhì)量增長(zhǎng)過(guò)程的理想實(shí)驗(yàn)室。

“在星系中央500 pc x 500 pc（1pc 相當(dāng)于3.26光年）的區(qū)域內(nèi)，我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)環(huán)狀的電離氣體結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)從距離星系中心100 pc處延伸至 300 pc處，并顯示出特別的激發(fā)特征。”羅榮欣說(shuō)。

“通過(guò)分析該環(huán)狀結(jié)構(gòu)中電離氣體的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，我們發(fā)現(xiàn)是星系內(nèi)部的旋臂導(dǎo)致了氣體的徑向內(nèi)流，每年向內(nèi)轉(zhuǎn)移的物質(zhì)質(zhì)量是黑洞每年吞噬物質(zhì)的100倍，比核恒星團(tuán)每年形成恒星的質(zhì)量略大。”羅榮欣進(jìn)一步說(shuō)明，“這些研究結(jié)果表明，對(duì)于NGC 1042這個(gè)臨近的活動(dòng)星系核，旋臂所導(dǎo)致的氣體內(nèi)流能夠?yàn)楹嘶顒?dòng)及核恒星團(tuán)中的恒星形成提供燃料。”

郝蕾說(shuō)：“由于NGC 1042是一個(gè)沒有棒的旋渦星系，我們的結(jié)果也一定程度上表明了，在無(wú)恒星棒的晚型星系中，旋臂所導(dǎo)致的氣體內(nèi)流現(xiàn)象在該類星系的長(zhǎng)期演化中具有一定作用。在接下來(lái)的工作中，我們將通過(guò)更多樣本的觀測(cè)來(lái)進(jìn)一步研究這一機(jī)制。”

左圖：NGC 1042的r波段圖像，綠色方框表示VENGA巡天的觀測(cè)區(qū)域。

右上圖：NGC 1042 中央500 pc x 500 pc區(qū)域內(nèi)的[NII]/Hα發(fā)射線流量比圖。

右下圖：NGC 1042 中央500 pc x 500 pc區(qū)域內(nèi)的電離氣體速度場(chǎng)。

圖中，黑色的橢圓分別表示距離星系中心100 pc，200 pc，300 pc 和500 pc。黑色的小圓圈標(biāo)示了研究人員發(fā)現(xiàn)的電離氣體環(huán)狀結(jié)構(gòu)。黑色的虛線和實(shí)線分別表示NGC 1042的運(yùn)動(dòng)學(xué)主軸和副軸。

 

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科研人員發(fā)現(xiàn)旋臂能導(dǎo)致氣體內(nèi)流至星系中心喂食黑洞

圖文簡(jiǎn)介

不同于銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞，有一類超大質(zhì)量黑洞仍然在大量吞噬著周圍的物質(zhì)。