- 林彦兴｜EASY 天文地科小站主编、清大天文所硕士生，努力在阴沟中仰望繁星
2022 年 1 月底，两位天文学家在顶尖科学期刊《自然》发表的论文中，宣布他们发现矮星系「Henize 2-10」中的超大质量黑洞，触发了一批新恒星的诞生。可是，我们印象中的黑洞不是会以极强的重力撕碎、吞噬周遭一切的吗？怎麽这样毁灭性的天体，居然还能诞生新的恒星？今天就让我们来一探究竟！
黑洞：宇宙灯塔核心
多数人对黑洞的印象，大概是一个拥有强大重力、会撕碎与吞噬一切的纯黑球体。由於连光也无法逃离它的魔爪，因此黑洞总是隐身在宇宙黑暗的背景中难以观测。
这样的图象虽然大致正确，却不是事情的全貌。黑洞确实会以它强大的重力吃进物质，天文学家也确实相信茫茫星海中，有许多难以观测的黑洞漫步其中。但是被黑洞重力捕获的物质，往往不会直直地朝黑洞落去，而是会在黑洞周遭形成一个旋转的盘状构造，称为「吸积盘 Accretion Disk」。
在吸积盘上，物质之间不断的碰撞、摩擦、缓缓向黑洞靠近，在过程中将重力位能转化为动能、热能、磁能等各式各样的能量形式，并释放出横跨伽玛射线到无线电波的电磁辐射。在许多系统中，还可以观测到物质快速的从黑洞附近喷出，通常速度较慢（约每秒数百至数千公里）者通常称为「外流 Outflow」，速度较快（接近光速）者则称为「喷流 Jet」。
黑洞产生的辐射、喷流与外流，不仅让我们能够用各式各样的观测手段去寻找和研究黑洞，它们同时也会对黑洞所在的环境产生影响。
尤其当身处星系中心、质量是太阳数百万倍以上的「超大质量黑洞 SMBH」们在大快朵颐周遭的气体时，能够以太阳数百万倍、甚至数千亿倍以上的功率释放能量，成为宇宙中最明亮的天体。
如此庞大的能量，足以影响整个星系乃至於星系团的演化。它可能促进星系中恒星的形成，为星系带来新生；或者是抑制星系中恒星的形成，让星系变得死气沉沉。另一方面，星系中恒星的形成、超新星爆炸等其他现象，也会决定有多少气体能够流到位於星系中心的黑洞上，从而影响黑洞的成长。
超大质量黑洞与星系之间互相影响、共同演化的机制，统称为「活跃星系核回馈 AGN Feedback」，是当代天文物理非常重要的研究领域。
过去 20 多年的无数理论与观测成果，让天文学家相信活跃星系核回馈确实对星系的演化有重要的影响。但是具体是怎麽影响？影响多大？目前仍没有明确的结论，甚至连直接的观测证据都十分稀少。因此，天文学家迫切的想要找到更多活跃星系核回馈的直接证据，了解黑洞究竟是怎麽与星系一同成长。
瞄准目标：矮星系 Henize 2-10
在这个研究中，天文学家锁定位在罗盘座（Pyxis）、距离地球约 3400 万光年的矮星系「Henize 2-10」。过去其他天文学家以无线电与 X 射线观测的结果显示，这个星系中心可能有一个正在进食的超大质量黑洞，因此是寻找活跃星系核回馈证据的绝佳场所。
为了得到高解析度的影像，天文学家使用哈伯太空望远镜仔细的研究星系中心的影像与光谱，发现在星系的中心有一道长约 500 光年、由游离气体组成的纤维状结构，源自星系中心的超大质量黑洞喷出的外流。而黑洞东方（图中的左手边）约 230 光年外，有一片正在形成许多新恒星的区域（称为恒星形成区），与外流相连。
天文学家仔细分析星系的光谱後，认为黑洞的外流正是催生这片恒星形成区的幕後推手。因为外流推挤、压缩了星系中的气体，增加了气体的密度，才进一步激发了这批新恒星的形成。对研究黑洞与活跃星系核的天文学家来说，这无疑是一次振奋人心的发现！
结语：万里长征的一小步
黑洞不只是能够吞噬一切的引力怪兽。它在囫囵吞枣的过程中，其实可以释放出巨大的能量。尤其是位於星系中心的超大质量黑洞们，它们产出的能量之庞大，甚至能够影响整个星系的演化，称为活跃星系核回馈。但是怎麽影响？影响多大？天文学家们仍在积极的研究。
这次在 Henize 2-10 星系中观测到的黑洞外流与其激发的恒星形成，是活跃星系核回馈相当重要的直接证据。未来，天文学家将继续在更多的星系中，寻找黑洞与星系互动的蛛丝马迹，直到揭开活跃星系核回馈的神秘面纱。
参考资料
- Black-hole-triggered star formation in the dwarf galaxy Henize 2-10 – NASA/ADS
- Dr. Becky: A supermassive black hole FORMING new stars! | Positive and negative black hole feedback
- Reviewing Fantastic Beasts: AGN Feedback in Galaxies and Clusters | astrobites
- Observational Evidence of Active Galactic Nuclei Feedback – NASA/ADS
- Hubble finds a black hole igniting star formation in a dwarf galaxy
- 出事了哈伯！细数哈伯太空望远镜31 年来的维修升级史