点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:探秘星系的“生老病死”
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

探秘星系的“生老病死”

来源:中国科学报2024-08-15 10:29

  研究星系的形成和演化,对理解宇宙起源和结构有重要意义。

  南京大学天文与空间科学学院教授王涛团队揭示黑洞通过调制星系冷气体含量影响星系的形成演化,解开了困扰天文学界半个世纪的谜题。该研究首次从观测上提供了星系中心黑洞影响冷气体含量的直接证据。8月15日,相关成果发表于《自然》。

  半个世纪的谜题

  天文学家通常将星系分为两类:一类是比较“年轻”的,仍在不断产生新恒星的“恒星形成星系”;一类是相对“衰老”的,没有新恒星形成的“被动演化星系”。

  观测结果表明,这两类星系最重要的区别是后者缺乏冷气体。而冷气体是恒星形成的“原料”,因此,探索星系中冷气体含量的物理机制就成为理解星系如何形成演化的关键。

  上世纪70年代,天文学家提出星系中心超大质量黑洞对宿主星系的反馈是影响星系的重要物理机制。经过近半个世纪的发展,黑洞对宿主星系的反馈作用已成为星系形成演化的主流理论模型。然而,因为缺乏明确的观测证据,星系中心黑洞是否影响及如何影响星系形成演化,成为困扰天文学界的谜题。

  理论上,星系中心黑洞影响宿主星系冷气体含量和恒星形成的方式有两种:一是黑洞快速吸积冷气体,这一过程会释放大量能量,从而将星系的冷气体“推出”星系;二是黑洞的能量加热冷气体,并使其无法冷却。

  “如果黑洞吸积并‘推出’冷气体,短时间内会出现冷气体含量迅速下降的过程。”王涛解释说,“此前的研究显示,即使是那些最活跃黑洞的宿主星系,也没有这一过程。这表明很可能是第二种方式占主导作用。而星系中原子氢气体是热气体冷却的直接产物,因此我们把目光转到原子氢气体和黑洞的联系上。”

  王涛团队通过对样本星系中原子氢和超大质量黑洞的对比研究,发现星系中心黑洞质量与原子氢含量负相关。

  “黑洞质量越大,星系中冷气体含量越低。”王涛说,“之前的研究已经发现星系的冷气体含量与很多星系物理参数相关,但我们发现,一旦排除黑洞质量影响,其他参数与冷气体的相关性就非常低,这进一步说明黑洞质量是决定星系冷气体含量最为重要的物理参数。”

  完美的小样本

  2009年,王涛到美国哈佛-史密松森天体物理中心深造。从那时起,他就致力于研究星系如何“从生到死”的问题。

  “就像人类有生老病死一样,星系从年轻的恒星形成星系到年老的被动演化星系,可以看作星系‘从生到死’的过程。该过程受很多因素影响,我们试图找到其中最关键的物理机制。但超大质量黑洞是否影响以及如何影响星系形成演化一直缺乏令人信服的观测证据。”王涛说。

  2020年前后,情况发生了变化。越来越多的对大样本星系的分析表明,星系中心黑洞的质量是区分恒星形成星系和被动演化星系最重要的物理量。在日本东京大学进行博士后研究的王涛第一时间注意到这些研究结果,他相信超大质量黑洞在星系形成演化中发挥了重要作用,立即着手开展相关研究。

  2021年,王涛回国并组建了团队,他决定带领学生先用一个观测数据最扎实的“小样本”验证一下。没想到,最初的小样本验证结果让王涛觉得“too good to be true”(完美得难以置信)。这让他更加坚定自己的判断。

  “实际上,2022年初我们就得到了初步结果。”王涛说,“此后的1年半时间里,我们一直在尝试不同样本,从样本完备度、测量精度、分析方法、干扰排除等不同角度进行验证。”

  逐一验证,排除干扰

  “2022年初,王老师让我看小样本结果时,真的感觉眼前一亮。”论文作者之一、团队成员吴雨瑄说,“当时很惊喜,但后来在实际验证中才发现,真正的挑战刚刚开始。”

  团队每次试图用各种样本将模型“泛化”验证时,总会发现各种奇怪的新问题。一发现不符合预期的样本,团队就找原因,看是观测的问题还是数据处理的问题。这让团队成员觉得“越深挖越复杂,难度越来越大,好像找不到真相”。

  “不同星系的样本有不同的干扰因素,我们很大一部分工作是发现并排除这些干扰。”论文作者之一、南京大学博士生许可说。

  同样,决定星系冷气体含量的因素很多,研究人员甚至不知道到底有多少干扰因素。

  排除干扰、准确验证需要花时间。但黑洞问题关注度较高,很多人在做类似研究。“我们分析的数据都是公开的,关键是能不能找到正确的研究方向。因此这在某种意义上就是一层窗户纸,谁先想到就可能先捅破。”王涛说,“我们既想把工作做得更细致,又担心‘抠’得太细,被别人抢先发表了。”

  尽管面临很大压力,王涛团队还是决定认真细致对待每一个样本,逐一分析、验证,排除干扰。精益求精的努力最终也有了令人满意的回报。

  “从黑洞和冷气体含量关系的角度看,恒星形成星系和被动演化星系其实可以用同种关系描述。从这个意义上说,黑洞-冷气体含量的关系给我们提供了研究星系形成演化全新的更基础的框架。”王涛说,“当然,还有很多物理细节需要研究。下一步,我们会利用FAST(500米口径球面射电望远镜)和未来国际合作的SKA(平方公里阵列射电望远镜)相关数据,瞄准更远的宇宙、更小的星系,进一步完善该理论,证实它的普适性。”

  相关论文信息:

  https://doi.org/10.1038/s41586-024-07821-2

  《中国科学报》 (2024-08-15 第1版 要闻)

  记者 张双虎

[ 责编:焦子原 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 湖北:2.6万吨大桥成功转体

  • 山东莒县:阳光大课间 活力满校园

独家策划

推荐阅读
实际上本轮废旧手机回收价格上涨并非全品类普涨,不同品牌、型号、配置的废旧手机,涨幅存在显著差异。
2026-03-27 10:14
在博鳌亚洲论坛2026年年会上,一位特殊的嘉宾吸引了大家的目光——博鳌亚洲论坛史上首位数字人嘉宾ViviDora正式亮相。3月25日在博鳌亚洲论坛“人形机器人的进阶与飞跃”分论坛上拍摄的机器人。
2026-03-27 09:25
这些年,中国科技产出持续攀升——高被引论文数全球占比超30%,专利授权量连年位居世界第一。在技术经理人的“撮合”下,马鹏程团队成功在新疆、陕西、宁夏、内蒙古等地的煤化工企业完成前期中试。
2026-03-27 09:23
时间回到10年前,2016年11月15日凌晨3点,中国科学院青年创新促进会学术年会的酒店房间里,武延军与计算所研究员包云岗靠在各自的床头,越聊越兴奋。编译工具链、操作系统内核及关键基础组件等基础软件的适配,是指令集架构的生态底座,它们是所有硬件和应用软件绕不开的“基础设施”。
2026-03-27 09:35
3月26日,在中关村论坛年会—RISC-V生态科技论坛上,中国科学院正式公布在RISC-V关键技术突破、产业协同创新及人才培养领域的系列重要成果,集中发布“香山”开源处理器与“如意”原生操作系统两大重要成果,并正式启动下一代芯片与操作系统的联合研发工作。
2026-03-27 09:33
粤港澳大湾区核心枢纽工程狮子洋通道关键控制性工程——狮子洋大桥实现东、西主塔封顶,转入上部结构施工阶段。
2026-03-27 09:29
26日发布的《自然》增刊《2026自然指数—中国》显示,我国在自然指数中继续居于首位。与两年前发布的上一次《自然指数—中国》增刊(数据区间为2022年8月至2023年7月)相比,多个中国机构的全球排名显著提升。
2026-03-27 09:27
26日6时51分,我国在太原卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭,成功将四维高景二号05、06星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。
2026-03-27 09:25
全国科学技术名词审定委员会25日发布《关于发布试用人工智能领域名词token中文名“词元”的公告》,决定在综合考量社会各界意见建议的基础上,优先推荐“词元”作为人工智能领域名词token的中文名,并面向全社会发布试用。
2026-03-26 09:23
木卫二是一颗冰封的木星卫星,也是太阳系内最有希望孕育地外生命的地方。“欧罗巴快船”团队认为,他们将发现适宜生命生存的海洋,但除非探测器真正抵达、展开探测,没有人能给出确切的答案。
2026-03-26 09:24
作者:陆俊杰(南通大学副校长,江苏省习近平新时代中国特色社会主义思想研究中心特约研究员)  在促进创新链产业链资金链人才链深度融合、推动科技成果高效转化应用上探索新途径,是“十五五”时期江苏经济社会发展的重要目标任务。深耕“双高协同”不仅是破解科研创新与产业需求脱节的关键举措,更是落实创新驱动发展战略的重要布局。
2026-03-26 09:24
记者从中国发明协会获悉:在瑞士日内瓦举行的第五十一届日内瓦国际发明展上,中国代表团共获得90项金奖、95项银奖和52项铜奖。
2026-03-26 09:30
工业和信息化部25日公布,今年前2个月,我国通信业运行平稳,电信业务总量保持增长,5G、千兆光网、物联网等网络基础设施建设有序推进。截至2月末,5G基站总数达490.9万个,比上年末净增7万个,占移动基站总数的38%。
2026-03-26 09:24
3月25日,国家自然科学基金委员会在2026中关村论坛年会开幕式上发布2025年度“中国科学十大进展”,10项重大基础研究突破入选。界面调控新方法创制面向空天应用的高性能柔性叠层太阳能电池示意图 国家自然科学基金委员会供图 
2026-03-26 09:22
3月25日,以“创新与发展”为永久主题,由科技部、国家发展改革委、工业和信息化部、国务院国资委、中国科学院、中国工程院、中国科协和北京市政府共同主办的2026中关村论坛年会在北京拉开帷幕。
2026-03-26 09:21
记者24日从农业农村部获悉,农业农村部近日印发通知,督促指导各地依法严厉打击坑农害农、危害粮食安全和农产品质量安全违法行为,守护群众“舌尖上的安全”,持续夯实国家粮食安全根基。
2026-03-25 10:22
氢能兼具能源、资源、储能介质三重属性,氢能产业科技含量高、低碳属性强、发展空间大。通知提出到2030年,通过应用规模扩大,推动氢能应用技术、工艺、装备创新突破,实现燃料电池、电解槽、储运装置和材料等迭代升级,推动氢能成为新的经济增长点,支撑实现经济社会发展全面绿色转型。
2026-03-25 10:21
林间密密麻麻的印痕,正是东北虎豹国家公园生态环境越来越好的体现。在科技守护与不懈坚守下,东北虎豹国家公园的生态成果愈发显著:东北虎和东北豹的数量由公园试点初的27只和42只,增长至当前的70只和80只左右。
2026-03-25 10:11
国家卫生健康委和中国气象局24日联合发布首期全国花粉浓度预报服务提示,为公众提供精准防护指引。目前正值春季,以木本植物花粉传播为主,建议过敏人群及时关注本地花粉浓度和种类变化,必要时明确过敏原,提前做好防护和出行安排。
2026-03-25 10:04
自然资源部日前发布四川省冕宁县牦牛坪矿区稀土矿资源储量核实勘查项目成果,矿区新增稀土资源量966.6万吨。据悉,牦牛坪矿区稀土矿资源储量核实勘查项目还新增伴生萤石资源量2713.5万吨、伴生重晶石资源量3722.8万吨,均达到超大型规模,具有重大战略意义。
2026-03-25 10:00
加载更多