我國學者在超大質量黑洞產生機制方面取得重要進展

圖 模擬形成的核環結構與觀測到的NGC 4314的星系核環非常類似。

　　在國家自然科學基金項目(項目編號：11773052, 11333003,11322326)資助下，中國科學院上海天文臺沈俊太研究員課題組與美國羅格斯大學的杰瑞?塞爾伍德（Jerry Sellwood）教授合作提出在宇宙早期不通過并合而形成超大質量黑洞的新機制。研究成果以“Rapid Formation of Black Holes in Galaxies: A Self-limiting Growth Mechanism”（星系中黑洞的快速形成：自我約束的成長機制）為題，于2017年11月17日發表在天文學國際核心期刊The Astrophysical Journal（《天體物理雜志》）上。

　　利用高精度數值模擬方法，沈俊太研究團隊研究了旋渦星系早期演化中由星系棒驅動氣體內流而形成超大質量黑洞的過程。他們發現在一個純盤星系形成的棒旋星系中，大量氣體在很短的時間（約1億年）內通過星系棒的非對稱勢場作用流入了距離星系中心約幾十秒差距（1秒差距指3.26光年）的范圍內，形成了一個高密度的氣體聚集區。這些低角動量的氣體除了形成核星團外，還有部分氣體可能會直接塌縮成約一百萬太陽質量的超大質量黑洞，并繼續吸積周圍氣體變得更重，成為一個類星體。

　　然而并不是所有的棒旋星系都可以驅使氣體內流至極其中心的地方。如果星系中有很多質量聚集在中心，氣體就不會落入中心，而是在距離中心約幾百個秒差距的地方形成一個環狀結構，一般稱之為核環。沈俊太研究團隊發現，核環不會在最早期的棒旋星系中形成，必須要等有足夠多的氣體堆積在星系中心時才會滿足動力學共振條件而形成。但是一旦這樣的環狀結構形成，就意味著流入星系中心的大部分氣體只能堆積在核環上，而不能進入到黑洞附近，所以黑洞只能被迫“節食”，成為一個低光度的賽弗特活動星系，或者干脆停止活動進入休眠期。

　　該研究團組提出的超大質量黑洞形成新機制既可以為星系并合中形成更大的超大質量黑洞提供原料種子黑洞，也可以在沒有經歷過并合的純盤星系中形成較小的超大質量黑洞，該理論機制和現有的黑洞并合模型互補，提供另一個形成超大質量黑洞的可能起源。