星系‘心脏和肺部’如何延长其寿命

肯特大学天体物理学家的一项新研究表明，星系之所以避免了过早死亡，是因为它们拥有“心脏和肺”，能有效调节其“呼吸”，防止它们失控增长。 

如果没有这些机制，宇宙的老化速度将比现在快得多，我们今天所能看到的一切将是充斥着死亡恒星和濒死恒星的巨大“僵尸”星系。 

这是发表在《皇家天文学会月刊》上的一项新研究得出的结论，该研究探讨了宇宙的一个巨大谜团——为什么星系没有天文学家预期的那般巨大。 

似乎有某种因素在限制它们吸收气体以转化为恒星的数量，从而抑制了它们的巨大潜力，这意味着星系内部有某种力量在抵抗人们曾认为无法避免的引力牵引。领导肯特大学这项研究的卡尔·理查兹和迈克尔·史密斯教授认为，这种抵抗力实际上可能是星系通过其“呼吸”来控制自身的增长速度。 

在这项研究中，研究人员将星系中心的超大质量黑洞比作其“心脏”，并将其发射的两束双极超音速气体和辐射射流比作向一对肺供气的气道。 

来自黑洞（或“心脏”）的脉冲会导致喷流冲击波在两个喷流轴上前后振荡，就像人体胸腔内的横膈膜上下移动以膨胀和收缩肺部一样。这会导致喷流能量广泛传播到周围介质中，就像我们呼出热气一样，从而减缓星系的气体吸积和增长。 

博士生卡尔·理查兹在创建了前所未有的新模拟来调查超音速喷流在抑制星系增长中可能发挥的作用后，提出了这一理论。这些模拟涉及让黑洞“心脏”发出脉冲，并让喷流处于高压状态——如果将比较扩展到人体，这就像一种高血压。 

他说，这导致喷流“像风箱一样”运作，发出“像池塘表面涟漪”一样的声波。这种现象与打开香槟酒瓶、汽车尖叫、火箭排气和加压密闭空间穿孔时产生的陆地声波和冲击波相似。 

卡尔补充道：“我们意识到喷流必须有一些方式来支撑‘身体’——星系周围的周围气体——而这就是我们在计算机模拟中发现的。当我们分析高压计算机模拟并允许心脏发出脉冲时，发现了这种意外的行为。这向高压喷流发送了一系列脉冲，导致它们因振荡喷流冲击波的风箱状作用而改变形状。” 

研究人员表示，这些超压喷流有效地“像充满空气的肺”一样膨胀。在此过程中，它们以一系列压力涟漪的形式将声波传播到周围的星系中，随后这些涟漪被证明抑制了星系的增长。 

有证据表明，河外星系介质中存在涟漪，例如在附近的英仙座星系团中观察到的与巨大热气泡相关的涟漪，这些被认为是声波的例子。虽然尚缺少产生这些涟漪的机制，但人们已经认为这些涟漪对维持星系周围的周围环境负有责任。 

因此，传统的宇宙学模拟无法解释气体流入星系的情况，从而导致了宇宙的一个巨大谜团，所以它依赖于星系中心高度活跃的黑洞来提供一些阻力。

“然而，要做到这一点并不容易，我们在脉动类型、黑洞大小和肺部质量方面受到限制。”共同作者迈克尔·史密斯教授说。 

“呼吸过快或过慢都无法提供维持星系介质所需的生命赋予性震颤，同时也无法为心脏提供燃料。” 

研究人员得出结论，星系的寿命可以在其“心脏和肺”的帮助下延长，其中位于星系核心的超大质量黑洞引擎通过从早期阶段就限制气体坍缩成恒星的数量来帮助抑制增长。他们表示，这有助于形成了我们今天看到的星系。