红色星暴星系揭示：超大质量黑洞正在温和地抑制恒星形成

研究人员借助MaNGA巡天数据，绘制了140个星系的冷气体分布图，发现它们正以奇特的有序方式向星系中心漂移。

宇宙中部分巨型星系在数十亿年前就已停止孕育恒星，至今其成因仍未有定论。令人费解的是，这些星系中许多仍保有气体——这本是形成新恒星的基础燃料。理论上它们本应活跃造星，实际却长期沉寂。如今，天文学家通过研究一类罕见的"红色星暴"星系，可能找到了破解谜题的关键线索。

研究表明，星系内部缓慢有序流动的冷气体（或来自邻近星系相互作用的补给），可能正悄然滋养着中央黑洞，使这些黑洞得以温和抑制恒星形成，而不会摧毁整个星系。"轻微星系合并与相互作用是高效的补燃过程，它们输送的冷气体坠入星系中心喂养黑洞，使其能长期持续压制恒星形成，"该研究第一作者、加州大学圣克鲁兹分校本科生阿里安·莫格尼解释道。

如何追踪隐藏的气体流？

红色星暴星系仅占邻近非活动星系的6%-8%，这类特殊星系最初通过SDSS-IV计划的MaNGA巡天数据被发现——该巡天能绘制整个星系中气体与恒星的运动图谱。其显著特征在于存在横跨数万光年的微弱星系级电离气体外流，学界普遍认为这是星系中心超大质量黑洞活动的迹象。

但莫格尼指出："关键在于这些黑洞如何获得燃料。先前研究虽发现气体流入特征，但其来源及与超大质量黑洞的关联尚不明确。"为此，研究团队利用MaNGA光谱数据对140个红色星暴星系展开研究，将观测重点从炙热的电离气体转向更难探测却对供养黑洞至关重要的冷中性气体。

意外发现

通过追踪钠D吸收线（揭示100-1000开尔文温度气体的光谱特征），团队建模测量了气体运动速度与紊乱程度。结果令人惊讶：这些气体非但没有猛烈内冲或剧烈扰动，反而以约47公里/秒的速度（仅为引力自由落体预期速度的10%）平稳有序地向中心漂移，其随机运动幅度远低于周围恒星。

研究还发现流入气体与黑洞活动的强关联：约30%的星系释放射电波（表明中央黑洞活跃），且这些星系中冷气体流入区域比无射电辐射的红色星暴星系大三分之一，证实缓慢气流正在直接喂养黑洞。"冷气体流入与超大质量黑洞活动密切关联的景象令人振奋，它们似乎被输送到星系中心维持黑洞活动，"莫格尼补充道。

环境影响

星系相互作用或轻微合并痕迹明显的红色星暴星系含有更多流入气体——发生相互作用的星系冷气体流入量是孤立星系的2.5倍。这种相遇如同补给系统，持续输送新气体维持黑洞长期低调活动。

揭示星系衰老的新窗口

这些发现共同支撑了红色星暴星系内部的自我调节循环：相互作用与内部过程驱动冷气体缓慢内流，供养中央黑洞释放温和能量——足以阻止恒星形成却不会摧毁星系。这种精妙平衡使得大质量星系即使存有造星物质，仍能保持数十亿年的沉寂。

该研究通过追踪全星系尺度的冷气体运动，首次为这一过程提供了罕见的直接证据。但仍有局限：目前尚无法追踪气体直达黑洞的过程，黑洞能量抑制恒星形成的具体物理机制仍是悬而未决的问题。团队下一步计划结合更高分辨率数据与模拟，追踪更接近星系核心的气体运动。若在其他非活动星系中发现类似气体流入模式，红色星暴星系或将成为理解宇宙星系如何温和衰老的关键模型。

该研究成果已在美国天文学会年会上发布，即将发表于《天体物理学杂志》。

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