沉睡的超大质量黑洞被破碎的恒星短暂唤醒

对一类被称为致密对称天体（CSO）的晦涩星系的新调查显示，这些天体并不完全是它们看起来的样子。CSO是活跃的星系，其核心拥有超大质量黑洞。从这些可怕的黑洞中涌出两个喷流，它们以接近光速的速度向相反的方向行进。但与其他拥有凶猛喷流的星系相比，这些喷流并没有延伸到很远的距离——它们要紧凑得多。几十年来，天文学家一直怀疑CSO只是年轻，他们的喷气式飞机最终会飞到更远的地方。

现在，加州理工学院领导的一个研究小组在 《天体物理学杂志》上发表的三篇不同论文中得出结论，CSO并不年轻，而是过着相对较短的寿命。

“这些CSO并不年轻，”领导调查的罗宾逊天文学名誉教授Anthony （Tony） Readhead解释说。“你不会说一只12岁的狗是年轻的，即使它的寿命比成年人短。这些物体是一个独特的物种，它们各自在数千年内生存和消亡，而不是在拥有更大喷流的星系中常见的数百万年。

在新的研究中，该团队回顾了3000多名CSO候选人的文献和过去的观察结果，验证了64个是真实的，并确定了另外15个CSO。所有这些天体之前都曾被美国国家科学基金会（NSF）资助的国家射电天文台的超长基线阵列（VLBA）观测到，其中一些被其他高分辨率射电望远镜观测到。“VLBA观测是天文学中最详细的，提供的图像细节相当于在100英里的距离内测量人类头发的宽度，”Readhead说。

该团队的分析得出结论，CSO将喷气式飞机驱逐5000年或更短的时间，然后消亡。“CSO喷气式飞机是非常有活力的喷气式飞机，但它们似乎关闭了，”加州理工学院天文学助理教授Vikram Ravi说，他是其中一项研究的合著者。“喷气机停止从源头流出。”

至于是什么为短命的喷气式飞机提供燃料，科学家们认为原因是潮汐破坏事件（TDE），当一颗恒星离超大质量黑洞太近并被吞噬时就会发生。

“我们认为一颗恒星被撕裂，然后所有的能量都被引导到沿着黑洞旋转的轴的射流中，”Readhead说。“巨大的黑洞一开始对我们来说是看不见的，然后当它吞噬一颗恒星时，砰！黑洞有燃料，我们可以看到它。

早在1990年代，Readhead就首次怀疑CSO可能受到TDE的推动，但他说这个想法基本上没有被科学界注意到。“这个假设几乎被遗忘了，因为在TDE的观察证据开始增加之前已经过去了多年，”他说。在他最初的假设时，只发现了三个CSO。

快进到 2020 年。雷德黑德暂停了对民间社会组织的研究，深入研究射电天文学中的不同问题，他决定是时候重新审视这个话题了。他在Zoom上召集了一些同事，他们决定梳理文献，剔除那些被错误归类为CSO的对象。在接下来的两年里，该团队调查了3000多名CSO候选人，将小组缩小到只有几十个符合真正CSO标准的人。

最终，一幅画面开始出现，CSO是一个完全不同的家庭，喷气式飞机比它们巨大的兄弟们消亡得更快，例如极其强大的天鹅座A，一个射出极其强大的喷气式飞机的星系，这些喷气式飞机在无线电波长下发出明亮的光芒。这些喷流在每个方向上延伸约230,000光年的距离，持续数千万年。相比之下，CSO喷气式飞机最多延伸到约1,500光年，并在大约5,000年内消失。

根据天文学家的说法，CSO喷流很可能是当一个超大质量黑洞不仅吞噬任何恒星，而且吞噬一颗实质性恒星时形成的。

“我们以前看到的 TDE 只持续了几年，”Ravi 说。“我们认为，为CSO提供动力的非凡TDE持续时间要长得多，因为被破坏的恒星非常大，非常大，或者两者兼而有之。

研究人员表示，通过分析各种CSO无线电图像，他们可以追踪这些物体如何随着时间的推移而老化，几乎就像查看CSO生活的相册来观察其喷气式飞机如何演变一样。年轻的CSO有更短的喷流，更接近黑洞，而较老的物体有更远的喷流，从黑洞延伸得更远。虽然大多数喷气式飞机都消失了，但科学家们估计，每100个喷气式飞机中就有一个会像天鹅座A一样长寿。在极少数情况下，星系可能会与其他星系合并，这是一个提供大量燃料的湍流过程。

如果Readhead和他的团队的发现得到更多观测的证实，CSO将为研究星系中心的大质量恒星如何与超大质量黑洞相互作用提供一条全新的途径。

“这些物体确实是一个独特的种群，有自己独特的起源，现在由我们来更多地了解它们以及它们是如何形成的，”Readhead说。“能够在几年到几十年的时间尺度上研究这些物体，而不是数百万年，这为研究超大质量黑洞以及它们所拥有的许多意想不到和不可预测的惊喜打开了一扇全新的实验室的大门。

这三项研究分别是“致密对称天体 – I 走向全面的善意目录”、“致密对称天体 – II 确认高光度喷射活动星系的独特群体”和“致密对称天体 – 高光度分支的演化以及与潮汐破坏事件的可能联系”。这些研究由美国国家科学基金会、美国宇航局、加州理工学院、德国波恩马克斯普朗克射电天文学研究所和欧洲研究委员会资助。