中國科學(xué)家解開困擾天文界半世紀(jì)的謎題

作者 李傳福

在宇宙的廣闊舞臺上，星系如同點綴其中的島嶼，它們是如何形成和演化的？這個問題一直困擾著天文學(xué)家。2024年8月15日，南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院的王濤教授團(tuán)隊在《自然》雜志上發(fā)表了一項突破性研究，為我們解開了這個謎題。

星系，這些由恒星、氣體和塵埃組成的龐大結(jié)構(gòu)，根據(jù)它們的活動狀態(tài)可以分為兩類：活躍的恒星形成星系和平靜的被動演化星系。恒星形成星系如同年輕的生命體，不斷有新的恒星誕生；而被動演化星系則像是步入老年，不再有新恒星形成。

關(guān)鍵的區(qū)別在于冷氣體的含量。冷氣體是恒星形成的原料，沒有足夠的冷氣體，星系就無法孕育新的恒星。因此，星系中冷氣體的含量和分布成為了理解星系演化的關(guān)鍵。

上世紀(jì)70年代，天文學(xué)家提出了一個理論：星系中心的超大質(zhì)量黑洞可能通過某種方式影響著宿主星系的演化。這個理論經(jīng)過近半個世紀(jì)的發(fā)展，已成為星系形成與演化的主流理論模型之一。然而，由于缺乏直接的觀測證據(jù)，黑洞如何影響星系的演化一直是個謎。

理論上，黑洞可以通過兩種方式影響星系的冷氣體含量：一是通過吸積冷氣體并釋放大量能量，將冷氣體推出星系；二是通過能量加熱冷氣體，阻止其冷卻。王濤教授團(tuán)隊的研究為這個理論提供了直接的觀測證據(jù)。

王濤團(tuán)隊通過對星系中原子氫和超大質(zhì)量黑洞的對比研究，發(fā)現(xiàn)了星系中心黑洞質(zhì)量與原子氫含量之間的負(fù)相關(guān)性。這意味著黑洞質(zhì)量越大，星系中的冷氣體含量越低。這一發(fā)現(xiàn)首次從觀測上證實了星系中心黑洞對冷氣體含量的直接影響。

王濤教授表示，雖然他們已經(jīng)取得了重要的突破，但仍有許多物理細(xì)節(jié)需要進(jìn)一步研究。下一步，他們將利用FAST和未來國際合作的SKA相關(guān)數(shù)據(jù)，探索更遠(yuǎn)宇宙中的星系，以證實這一理論的普適性。

這項研究不僅為我們提供了理解星系演化的新視角，也為未來的天文觀測和理論研究指明了方向。正如王濤教授所說，黑洞-冷氣體含量的關(guān)系為我們提供了研究星系形成演化的全新基礎(chǔ)框架。隨著科技的進(jìn)步和觀測手段的提高，我們有望揭開更多宇宙的奧秘。