Question

追踪：星系与超大质量黑洞的共同进化

Answer 1

早期宇宙中星系的形成和增长是未来巨型望远镜(如巨型麦哲伦望远镜)和太空任务(如詹姆斯·韦伯太空望远镜)的一个关键研究课题。同时，计算机模拟宇宙星系的发展已经在我们的理解上取得了相当大的进展。它们表明星系发展的细节与星系的性质密切相关，比如它们的大小和恒星形成的速度。这些特性依次由星系的气体含量、气体运动(主要是角动量)以及一些仍然不确定的机制来调控恒星的形成，比如来自核黑洞的反馈。最后，越来越多的证据表明，超大质量黑洞的性质与其宿主星系之间存在相关性。

在大多数星系的中心都发现了具有数百万甚至数十亿太阳质量的黑洞。最活跃的核黑洞存在于类星体中，而这些类星体早在宇宙诞生不到10亿年的时候就被发现了，这表明星系与黑洞的共生关系在早期就已经开始了。吸积黑洞可以释放出强大的喷流或风，这些喷流或风可以逆转吸积作用，并将物质推向外，有时还会抑制恒星的形成。这些和其他的证据有助于阐明黑洞和星系之间的共同进化机制，揭示星系和超大质量黑洞种群的共同进化。

CfA天文学家Lars Hernquist和Rainer Weinberger及其同事利用大型流体动力学模拟IllustrisTNG来跟踪星系及其黑洞的发展。随着宇宙年龄的增长，这段代码能够模拟大范围黑洞和星系特性的演化。他们成功地再现了观测到的恒星形成速率与星系质量之间的相关性。他们发现，在众多的其他趋势中，静止星系(那些不再活跃地制造恒星的星系)在经历熄灭事件之前，首先经历一个缩小的阶段;他们还发现，在恒星形成高峰期的宇宙时代(大约100亿年前)，多达20%的星系拥有一个活跃的超大质量黑洞。