中国科学家解开困扰天文界半世纪的谜题

作者 李传福

在宇宙的广阔舞台上，星系如同点缀其中的岛屿，它们是如何形成和演化的？这个问题一直困扰着天文学家。2024年8月15日，南京大学天文与空间科学学院的王涛教授团队在《自然》杂志上发表了一项突破性研究，为我们解开了这个谜题。

星系，这些由恒星、气体和尘埃组成的庞大结构，根据它们的活动状态可以分为两类：活跃的恒星形成星系和平静的被动演化星系。恒星形成星系如同年轻的生命体，不断有新的恒星诞生；而被动演化星系则像是步入老年，不再有新恒星形成。

关键的区别在于冷气体的含量。冷气体是恒星形成的原料，没有足够的冷气体，星系就无法孕育新的恒星。因此，星系中冷气体的含量和分布成为了理解星系演化的关键。

上世纪70年代，天文学家提出了一个理论：星系中心的超大质量黑洞可能通过某种方式影响着宿主星系的演化。这个理论经过近半个世纪的发展，已成为星系形成与演化的主流理论模型之一。然而，由于缺乏直接的观测证据，黑洞如何影响星系的演化一直是个谜。

理论上，黑洞可以通过两种方式影响星系的冷气体含量：一是通过吸积冷气体并释放大量能量，将冷气体推出星系；二是通过能量加热冷气体，阻止其冷却。王涛教授团队的研究为这个理论提供了直接的观测证据。

王涛团队通过对星系中原子氢和超大质量黑洞的对比研究，发现了星系中心黑洞质量与原子氢含量之间的负相关性。这意味着黑洞质量越大，星系中的冷气体含量越低。这一发现首次从观测上证实了星系中心黑洞对冷气体含量的直接影响。

王涛教授表示，虽然他们已经取得了重要的突破，但仍有许多物理细节需要进一步研究。下一步，他们将利用FAST和未来国际合作的SKA相关数据，探索更远宇宙中的星系，以证实这一理论的普适性。

这项研究不仅为我们提供了理解星系演化的新视角，也为未来的天文观测和理论研究指明了方向。正如王涛教授所说，黑洞-冷气体含量的关系为我们提供了研究星系形成演化的全新基础框架。随着科技的进步和观测手段的提高，我们有望揭开更多宇宙的奥秘。