CGM（星系周介质）延伸的范围大约是星系可见部分的10到20倍。随着时间的推移，其中一些气体可以冷却、向内流动、聚集成致密的云，并最终形成新的恒星。由于恒星孕育了行星和生命所需的条件，CGM在星系的长期演化中扮演着重要角色。
然而，天文学家一直面临着一个长期未解的谜题。如果星系被如此多潜在的恒星形成物质所包围，为什么它们没有产生多得多的恒星？似乎有某种东西在阻止大部分气体冷却并向内坠落。
黑洞喷流可能是缺失的拼图
由亚利桑那州立大学（ASU）天文学家Sanchayeeta Borthakur和现就职于拉曼研究所（RRI）的Namrata Roy主导的一项新研究，为一种可能的答案提供了证据。
研究人员发现，星系中心的超大质量黑洞喷射出的极热等离子体窄喷流，能够影响远超星系可见范围的气体。这些喷流可能会扰动星系未来生长所依赖的物质库，从而可能影响它们是否继续产生恒星。该研究结果发表在《天体物理学杂志通讯》（Astrophysical Journal Letters）上。
“这是一个突破性的结果，解决了关于黑洞如何影响星系、其内部的恒星以及我们所知的生命这一长期谜团！”ASU地球与空间探索学院副教授Borthakur说，“这项工作开辟了一个新方向，使我们能够进一步探索距离我们数万亿英里之外的超大质量黑洞与我们如何在此存在之间错综复杂的联系。”
影响巨大的微小天体
当黑洞活跃地吞噬气体时，它会释放出巨大的能量并加热附近的物质。尽管具有非凡的能量，这些黑洞与其宿主星系相比仍然非常微小。一个超大质量黑洞的尺度大致与我们的太阳系相当，而它周围的星系可能包含约1000亿个太阳系。
“令人惊讶的问题是：如此微小的天体如何在能量上影响如此巨大的天体？”RRI助理教授、前ASU探索奖博士后研究员Roy说道。
这种影响的规模可能很难想象。打个比方，就像一只蚂蚁在数百或数千公里外留下了明显的印记。天文学家早就知道活跃的黑洞会释放巨大的能量，但这种能量究竟是如何跨越如此遥远的距离并在沿途发生变化的，一直不清楚。
这项新研究为这一过程可能如何运作提供了证据。
寻找沿喷流的光芒
研究人员研究了产生强大喷流的活跃黑洞。这些由炽热、快速移动的等离子体组成的窄流可以延伸到远超其星系可见边界的地方。
该团队寻找喷流正在改变周围CGM中气体电离状态的迹象。具体而言，他们寻找由电离氢产生的微弱光芒。
这个信号太弱，无法在单个星系周围JianCe地探测到。为了克服这一限制，研究人员将数百个具有活跃喷流的星系的观测结果结合起来。他们使用了暗能量光谱仪（DESI）巡天的数据，以及来自LOFAR两米天空巡天（LoTSS）的射电喷流测量数据。
通过综合沿喷流轴线获取的测量数据，该团队搜寻了H-alpha，这是电离氢气体的特征标志。
Roy、Borthakur及其同事发现，当将星系周围各个方向的观测结果平均起来时，信号仍然很弱。然而，沿着射电喷流的方向，H-alpha信号变得强得多，也更容易探测到。
这种模式表明，气体并非在各个方向上均匀发光。相反，最强的辐射出现在喷流经过的路线上。喷流的行为不像一盏照亮周围一切的灯，而更像是一束集中的光束，导致气体沿其路径发光。
黑洞喷流留下独特的印记
结果表明，黑洞喷流以高度定向的方式影响星系周围的气体。在射电喷流穿过气体的地方，气体的电离程度更高，亮度也更高。
研究人员还发现了两个电离氢发光特别明亮的区域。一个出现在相对靠近星系的地方，即喷流首次遇到CGM的区域。另一个出现在更远的地方，靠近CGM的外边缘，喷流似乎在那里沉积了其大部分能量。
这些观测共同揭示了喷流如何在距离星系中心极远的地方改变或照亮气体。通过改变周围环境，喷流可以影响星系生长和演化的方式，包括它是继续制造恒星还是走向沉寂。
“最让我兴奋的是这种联系的尺度，”Roy说，“与星系相比，黑洞小得难以置信，但其影响可以达到数十万光年，远至星系的外围。喷流将能量向外携带，而气体沿其路径被点亮。”
“作为检验，该团队还通过镁的吸收特征检查了较冷气体的示踪剂。与H-alpha中的定向发光不同，镁的分布更广泛且呈各向同性，并未显示出与喷流方向的任何联系。这意味着冷气体成分可能已经作为一个在星系四周均匀分布的储库存在。然而，喷流沿其自身路径使气体变亮、加热并电离，点亮了一条轨迹并使其在H-alpha中发光。”
黑洞如何改变星系的未来
这些结果提供了迄今为止最JianCe的一些证据，证明超大质量黑洞能够影响远在其中心区域之外的星系。
通过在整个CGM中加热、搅动和破坏气体，黑洞喷流使得这些物质更难冷却并回落到星系中。如果没有这些冷气体的持续供给，星系可用于制造新恒星的燃料就会减少。
通过这种方式，喷流可以起到抑制星系生长的作用。随着时间的推移，它们可能会推动星系走向一种恒星形成水平低得多的更平静状态。
因此，黑洞所做的不仅仅是“吞食”星系中心附近的物质。它的影响可以遍及星系的周围环境，并可能改变星系的长期命运。
方向是发现的关键
早期的研究曾搜寻过类似的信号，但未能探测到。新的发现揭示了其中一个原因。
只有当天文学家专门沿着喷流的方向检查气体时，H-alpha特征才会变得可见。如果研究人员假设CGM在各个方向上的行为都相同，这种效应很容易就会被隐藏起来。
相反，结果表明喷流沿其路径使氢电离，从而在H-alpha中产生高度定向的发光。
这一发现还展示了结合大型光学和射电巡天（如暗能量光谱仪（DESI）巡天和LOFAR两米天空巡天（LoTSS））的强大力量。通过将许多单独的微弱信号叠加在一起，天文学家可以揭示出原本无法看到的模式。
这些发现现在为天文学家和理论学家提供了另一种方法，以测试黑洞喷流如何与星系相互作用并影响其演化。
参与合著的作者包括约翰斯·霍普金斯大学的Timothy Heckman和亚利桑那州立大学的Tanmay Singh。
这项工作得到了NASA、空间望远镜科学研究所（STScI）和国家科学基金会（NSF）的支持。