韦伯探测到遥远“死亡”星系最极端气体外流：或只是短暂喷泉

星系如何“死亡”

在宇宙演化的漫长岁月中，有些星系会停止形成新恒星，变成天文学家口中的“死亡”星系，也就是静止星系。理解它们如何以及为何熄灭，是星系演化研究的核心问题之一。主流理论认为，超大质量黑洞在吞噬周围物质时，会释放出巨大的能量，进而从星系中心驱动强大的气体外流。这些外流可以加热并推开气体，搅动恒星形成的原料，从而抑制新恒星诞生，甚至切断黑洞自身的燃料供应，反过来影响星系的演化。然而，外流究竟能否让星系永久“死亡”，此前缺乏直接的观测证据。

由丹麦哥本哈根宇宙黎明中心彭培·朱领导的研究团队，利用詹姆斯·韦伯太空望远镜的近红外光谱仪，对23个质量巨大的静止星系进行了高精度观测。这些星系位于红移2.82至4.62之间，即我们看到的是它们约110亿至130亿年前的样子。当时宇宙年龄仅有约13亿至23亿年。相关结果于2026年8月14日发表在《天文学与天体物理学》期刊上。

钠双线追踪中性气体外流

过去的大多数外流研究关注的是高温电离气体，但冷的中性气体同样重要——它们往往携带了外流总质量的绝大部分。在同时存在中性气体外流和电离气体外流的星系中，中性外流的质量速率通常比电离外流高10至100倍。然而，中性气体在银河系之外并不容易直接观测。

这项研究巧妙利用钠元素的吸收双线（Na I D）来追踪中性气体。研究团队首先用精细的恒星族群模型，从光谱中减去恒星本身产生的钠吸收，从而找出额外的吸收成分。为了确认这些信号不是噪声或误差，他们进行了数千次模拟噪声测试；随后对确认的外流进行建模，测量气体的速度、密度以及外流覆盖的范围，并据此计算被逐出气体的总质量。最后，将外流速度与各个星系的逃逸速度进行比较，判断气体是能永久离开星系，还是在引力作用下最终落回。

关键步骤可以概括为：

• 利用JWST/NIRSpec获取23个静止星系的光谱；
• 以恒星族群模型扣除恒星产生的钠吸收；
• 通过数千次模拟噪声检验信号的可靠性；
• 测量外流速度、密度与覆盖比例并推算质量外流率；
• 将外流速度与逃逸速度对比，判断气体命运。

13个星系的外流信号

在23个古老静止星系中，团队在13个星系里探测到了超出恒星贡献的Na I D吸收，表明它们存在中性气体外流；其中7个星系显示出清晰的蓝移吸收，说明气体正朝观测者方向运动，即远离星系向外流。这是目前在如此遥远的宇宙中，对中性气体外流最系统的直接探测之一。

值得注意的是，在所有探测到外流的星系中，外流的质量速率都超过了这些星系当前的恒星形成速率。这意味着，如果只看外流强度，它完全有能力以比新恒星诞生更快的速度吹走气体。不过，速度分析给出了一个出人意料的答案：多数外流气体并没有达到逃逸星系所需的速度。

喷泉式循环，而非一劳永逸

天文学家发现，大部分被吹出的气体在数百万到数亿年后，很可能像喷泉一样重新落回星系内部。一旦这些气体回流并冷却下来，恒星形成就可能重新被点燃。因此，研究者认为，这些外流很可能代表短期的喷泉式循环，而不是一次性将气体彻底驱逐的“喷射式熄灭”事件。换句话说，这些“死亡”星系也许只是进入了一段没有新恒星的休眠期，而非永久地停止演化。

研究团队在论文中写道：“由于大多数外流不太可能逃逸，它们对熄灭过程或维持静止状态的直接作用尚不确定。”他们进一步指出，这些外流可能并非来自当前正在活跃吸积的黑洞或最近的星暴事件，而更可能综合反映了过去的黑洞活动和持续的星系并合历史。

最极端的外流与黑洞之谜

在所有研究目标中，一个名为DD-236的星系特别引人注目。它展现出迄今在邻近宇宙之外测量到的最极端气体外流速率。与此同时，DD-236中心还出现了活跃黑洞正在吞噬物质的特征。然而，团队对黑洞活动与外流之间的关联保持了谨慎态度。在13个有外流的星系中，只有两个显示了活跃黑洞的迹象；而两个已确认活跃黑洞的星系却没有探测到外流。不过，两个最极端的外流案例确实都与活跃黑洞有关。

这种复杂而模糊的相关性说明，驱动外流的具体机制仍不清楚。研究人员总结道，这些外流的起源可能不是当前的活动星系核活动或最近的星暴活动，而可能混合了过去黑洞活动与持续并合事件的影响。未来需要更多的统计样本、更高分辨率的观测以及更精细的模拟，才能彻底厘清“死亡”星系中气体外流的真实角色。

这项研究也提醒我们，星系“死亡”并非一个简单的开关事件；看似静止的星系内部，或许仍在进行着缓慢而重要的物质循环，等待着某些条件重新点燃恒星形成的火花。

原标题：Webb measures extreme gas outflows from distant 'dead' galaxies。 来源：phys.org。

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