星系的心脏和肺如何延长其寿命

一项新研究表明，星系之所以能避免过早亡，是因为它们拥有“心脏和肺”，可以有效调节它们的“呼吸”并防止其失控生长。

如果没有的话，宇宙的衰老速度就会比现在快得多，而我们今天所看到的将只是充满亡和垂恒星的巨大“僵尸”星系。

这是根据《 皇家天文学会月刊》发表的一项新研究得出的结论， 该研究探讨了宇宙的一大谜团——为什么星系没有天文学家预期的那么大。

似乎有某种东西在抑制它们巨大的潜力，它限制了它们转化成恒星所需的气体量，这意味着它们不是无休止地生长，而是内部的某种东西在抵抗人们认为不可避免的引力。

如今，肯特大学的天体物理学家认为他们可能已经揭开了这个秘密。他们认为星系实际上可以通过“呼吸”的方式来控制其生长速度。

在他们的类比中，研究人员将星系中心的超大质量黑洞比作它的心脏，并将其发射出的两股双极超音速气体和辐射流比作供给双肺的气道。

来自黑洞(或“心脏”)的脉冲可以导致喷射激波锋面沿两个喷射轴来回振荡，就像人体内的胸膈肌在胸腔内上下移动以使两个肺部充气和放气一样。

这会导致喷流能量广泛传输到周围介质中，就像我们呼出暖空气一样，从而减缓星系气体的吸积和生长。

博士生卡尔·理查兹 (Carl Richards) 通过创建前所未有的全新模拟来研究超音速喷流在抑制星系生长方面可能发挥的作用，随后提出了这一理论。

这些涉及让黑洞“心脏”脉动并使喷流处于高压状态——如果将比较扩展到人体，则很像高血压的一种形式。

他说，这使得喷气发动机“像风箱一样”，发出“像池塘表面的涟漪一样”的声波。

这种现象类似于地球上打开一瓶香槟时产生的声音和冲击波、汽车的尖叫声、火箭排气声和加压外壳被刺破的声音。

理查兹说：“我们意识到必须有某种方式让喷流支撑该物体——星系周围的环境气体——这就是我们在计算机模拟中发现的。”

“当我们分析高压的计算机模拟并让心脏跳动时，发现了意想不到的行为。

“这会将一股脉冲送入高压射流，由于振荡射流冲击锋面的波纹管状作用，导致它们改变形状。”

研究人员表示，这些超压射流有效地扩张，“就像充满空气的肺一样”。

在这样做的过程中，它们将声波以一系列压力波的形式传输到周围的星系中，然后显示出抑制星系生长的效果。

有一些证据表明，河外介质中存在涟漪，例如在附近的英仙座星系团中观测到的与巨大热气泡有关的涟漪，这被认为是声波的例子。

人们已经认为这些涟漪负责维持星系周围的环境，尽管产生它们的机制尚不清楚。

因此，传统的宇宙学模拟无法解释气体进入星系的流动，从而导致宇宙的一大谜团，所以它依靠星系中心的高度活跃的黑洞来提供一些阻力。

“然而，做到这一点并不容易，我们对脉动类型、黑洞大小和肺质量都存在限制，”论文合著者迈克尔·史密斯教授说。

“呼吸太快或太慢都不会提供维持星系介质所需的生命震动，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“心肺”的帮助下延长，其中其核心的超大质量黑洞引擎有助于通过限制从早期阶段坍缩成恒星的气体量来抑制生长。

他们说，这有助于形成我们今天看到的星系。

如果没有这样的机制，星系现在就会耗尽燃料并逐渐消亡，就像一些“红”星系或“僵尸”星系一样。

卡尔·理查兹和迈克尔·史密斯撰写的论文 《脉冲过压喷流模拟：银河环境中波纹和涟漪的形成》已发表在 《皇家天文学会月刊》上。

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