活跃的黑洞可以为在星系团或星系团内轨道运行的星系“扫清道路”

　　将系统观测与宇宙模拟相结合的研究发现，令人惊讶的是，黑洞可以帮助某些星系形成新的恒星。在星系的尺度上，超大质量黑洞对恒星形成的作用以前被认为是破坏性的——活跃的黑洞可以剥夺星系形成新恒星所需的气体。发表在《自然》杂志上的新结果展示了：活跃的黑洞可以为在星系团或星系团内轨道运行的星系“扫清道路”的情况，从而防止这些星系在穿过周围的星系间气体时恒星形成被破坏。

　　活跃的黑洞主要被认为对其周围环境有破坏性影响。当它们向宿主星系发射能量时，它们会加热并喷射出该星系的气体，使该星系更难产生新的恒星。但现在，研究人员发现，同样的活动实际上有助于恒星的形成——至少对围绕宿主星系运行的卫星星系来说是如此。

　　这个反直觉的结果来自于一次合作，这次合作是由专门从事大规模计算机模拟的天文学家和观察者在午餐时间的对话引发的。因此，这是非正式互动的一个很好的例子。

　　天文观测包括获取一个遥远星系的光谱——一个星系的光像彩虹一样分成不同的波长——可以相当直接地测量该星系形成新恒星的速度。

　　通过这样的测量，一些星系正在以相当缓慢的速度形成恒星。在我们自己的银河系中，每年只有一两颗新的恒星诞生。其他恒星经历短暂的过度恒星形成活动，称为“恒星爆发”，每年有数百颗恒星诞生。在其他星系中，恒星的形成似乎被抑制了，或者像天文学家所说的“熄灭了”:这样的星系实际上已经停止形成新的恒星。

　　一种特殊的星系，其样本经常——几乎一半时间——被发现处于这种猝灭状态，被称为卫星星系。这些是一组或一簇星系的一部分，它们的质量相对较低，它们围绕着一个更大的中心星系运行，类似于卫星围绕地球运行的方式。

　　如果有的话，这种星系通常很少形成新的恒星，自20世纪70年代以来，天文学家们怀疑这可能是与逆风非常相似的原因:星系团不仅包含星系，还包含充满星系间空间的相当热的稀薄气体。

　　当一个卫星星系以每秒数百公里的速度绕着星团运行时，稀薄的气体会让它感受到骑着快速自行车或摩托车的人会感受到的那种“逆风”。卫星星系的恒星太致密了，不会受到源源不断的星系间气体的影响。

　　但卫星星系自身的气体却不是:它会被迎面而来的热气剥离，这一过程被称为“冲压压力剥离”。另一方面，一个快速移动的星系没有机会吸入足够量的星系间气体来补充其气藏。结果是，这些卫星星系几乎完全失去了它们的气体——以及恒星形成所需的原材料。结果，恒星形成活动将被终止。

　　所讨论的过程发生在数百万年甚至数十亿年的时间里，所以我们不能直接观察它们的发生。但即便如此，天文学家还是有办法了解更多。他们可以利用虚拟宇宙的计算机模拟，按照相关的物理定律进行编程，并将结果与我们实际观察到的进行比较。他们可以在天文观测提供的宇宙进化的全面“快照”中寻找线索。

　　安娜莉萨·皮勒比奇是马克斯·普朗克天文学研究所(MPIA)的一名小组组长，专门从事这类模拟研究。Pillepich共同领导的IllustrisTNG模拟套件提供了迄今为止最详细的虚拟宇宙——研究人员可以在相对较小的范围内跟踪气体运动的宇宙。

　　IllustrisTNG提供了一些刚刚被ram压力剥离的卫星星系的极端例子:所谓的“水母星系”，它们拖着气体的残余，就像水母拖着触须一样。事实上，识别模拟中的所有水母是Zooniverse平台上最近启动的一个公民科学项目，志愿者可以在那里帮助研究那种新熄灭的星系。

　　但是，虽然水母星系是相关的，但它们并不是目前研究项目的起点。

　　这种超大质量黑洞可以在所有星系的中心找到。落入此类黑洞的物质在落入黑洞本身之前，通常会成为围绕黑洞的旋转吸积盘的一部分。落到吸积盘上会以辐射的形式释放大量能量，通常也以两股快速移动的粒子射流的形式释放，这些粒子以与吸积盘成直角的方式从黑洞加速离开。以这种方式发射能量的超大质量黑洞被称为活动星系核，简称AGN。

　　虽然 IllustrisTNG 不够详细，无法包含黑洞喷流，但它确实包含模拟 AGN 如何向周围气体添加能量的物理术语。正如模拟所显示的那样，能量注入将导致气体外流，这反过来又会沿着阻力最小的路径定向：在类似于我们自己的银河系的盘状星系的情况下，垂直于恒星盘；对于所谓的椭圆星系，垂直于由星系恒星排列定义的合适的首选平面。

　　随着时间的推移，垂直于圆盘或首选平面的双极气体流出，甚至会影响星系际环境——星系周围的稀薄气体。它们会将星际气体推开，每次流出都会产生一个巨大的气泡。正是这个说法让 Pillepich 和 Martín-Navarro 思考：如果一个卫星星系穿过那个气泡——它会受到外流的影响吗，它的恒星形成活动是否会被进一步抑制？

　　Martín-Navarro 在他自己的领域内提出了这个问题。他在处理迄今为止最大的系统调查之一的数据方面拥有丰富的经验：斯隆数字巡天 （SDSS），它提供了北半球大部分地区的高质量图像。在该调查第 10 次数据的公开数据中，他检查了 30,000 个星系群和星系团，每个星系群和星系团包含一个中央星系和平均 4 个卫星星系。

　　在对这数千个系统的统计分析中，他发现靠近中央星系首选平面的卫星星系与明显高于和低于中央星系的卫星星系之间存在微小但显着的差异。但差异与研究人员预期的方向相反：平面上方和下方的卫星，在较薄的气泡内，平均不太可能，但 其恒星形成活动被淬灭的可能性降低了约 5％  。

　　带着这个令人惊讶的结果，Martín-Navarro 回到了 Annalisa Pillepich，两人在 IllustrisTNG 模拟的虚拟世界中进行了相同类型的统计分析。毕竟，在这种模拟中，宇宙演化并不是由研究人员“手工”完成的。相反，该软件包括尽可能自然地模拟虚拟宇宙物理规则的规则，其中还包括与大爆炸后不久我们自己的宇宙状态相对应的合适的初始条件。

　　这就是为什么像这样的模拟会给意想不到的事情留有余地——在这个特殊的例子中，为了重新发现淬灭卫星星系的面内、面外分布:虚拟宇宙显示了同样的5%的卫星星系猝灭偏差！显然，研究人员发现了一些东西。

　　随着时间的推移，Pillepich、Martín-Navarro 和他们的同事提出了淬灭变化背后的物理机制的假设。考虑一个卫星星系穿过中心黑洞吹入周围星系间介质的变薄气泡之一。由于密度较低，该卫星星系遇到的逆风和撞击压力较小，因此其气体被剥离的可能性较小。

　　然后，归结为统计数据。对于已经多次绕同一个中央星系运行的卫星星系，穿过气泡以及中间的高密度区域，效果不会很明显。这样的星系很久以前就会失去它们的气体。

　　但是对于最近加入该星系团或星团的卫星星系来说，位置会有所不同：如果这些卫星碰巧首先降落在一个气泡中，那么如果它们碰巧降落在一个气泡外，它们失去气体的可能性就会降低.。这种效应可以解释猝灭卫星星系的统计差异。

　　由于 SDSS 观察的统计分析和 IllustrisTNG 模拟之间的统计分析非常一致，并且有一个合理的机制假设，这是一个非常有希望的结果。在星系演化的背景下，它特别有趣，因为它间接地证实了活跃星系核的作用，不仅加热星系间气体，而且积极“推开它”，以创造低密度区域。与所有有希望的结果一样，现在有许多自然方向可供 Martín-Navarro、Pillepich 和他们的同事或其他科学家进一步探索。