天文学家利用NASA/ESA詹姆斯·韦伯太空望远镜验证超大质量黑洞能够耗尽其宿主星系中产生新星所需的材料。国际研究团队由剑桥大学共同领导，研究了一种与银河系相当的星系，该星系位于早期宇宙，大约在大爆炸后20亿年。与许多大型星系一样，其核心有一个超大质量黑洞。然而，该星系基本上处于“非活动”状态：其星形成速率显著降低。
“之前的观测表明该星系处于‘熄灭’状态：相对于其大小，它几乎不形成星星，我们认为黑洞与星形成停止之间可能存在某种联系，”来自剑桥大学卡夫利宇宙学研究所的共同第一作者弗朗切斯科·德尤根尼奥博士解释道。“但在没有韦伯之前，我们无法彻底分析这一星系，以验证这种联系或确定这种熄灭状态是暂时的还是永久的。”
该星系正式命名为GS-10578，非正式称为“巴勃罗的星系”，以纪念选择深入研究它的同事。它在宇宙的早期阶段非常庞大：总质量约为我们太阳的2000亿倍，其中大多数星星的形成时间在125亿年至115亿年前之间。
“在早期宇宙中，大多数星系都在快速形成星星，因此在这个时间段观察到如此庞大的休眠星系是非常吸引人的，”来自卡夫利宇宙学研究所的共同作者罗伯托·迈奥利诺教授表示。“考虑到它的巨大规模，导致星形成停止的原因必须发生得相对迅速。”
科学家使用韦伯观察到该星系正在以约1000公里每秒的速度喷射大量气体，足以逃脱其引力影响。这些快速的喷流是由黑洞推进的。
与其他拥有活动黑洞的星系类似，“巴勃罗的星系”表现出热气体的快速喷流；然而，这些气体云稀疏，质量很小。韦伯识别出了风的一个新成分，而之前的望远镜无法检测到。这个气体较冷，意味着它更密集，并且重要的是，不会发光。由于韦伯增强的灵敏度，它能够观察到这些黑暗气体云，因为它们遮挡了位于其后方的星系的一些光。
从该星系喷出的气体量超过了持续星形成所需的量。实质上，黑洞正在导致这个星系走向灭亡，因为它剥夺了形成新星所需的宝贵“燃料”。研究结果发表在《自然天文学》期刊上。
“我们已经找到了原因，”德尤根尼奥表示。“黑洞实际上正在扑灭这个星系，并通过切断它所需的‘食物’来维持其休眠状态。”
虽然先前的理论框架提出黑洞以这种方式影响星系，但在韦伯之前，无法直接观察到这种影响。
早期理论提出，星形成的停止对星系有混乱和破坏性的影响，从而改变其结构。然而，这个盘形星系中的星星继续以有序的方式运动，表明情况并不总是如此。
“我们知道黑洞对星系有显著影响，停止星形成可能很常见，但只有在韦伯面前，我们才能直接证实这一点，”迈奥利诺表示。“这突显了韦伯在我们研究早期宇宙及其演变能力方面的重大进展。”
借助阿塔卡马大型毫米-亚毫米阵列（ALMA）的进一步观测，重点关注该星系中最冷和最黑暗的气体成分，将为潜在的星形成燃料是否隐藏在该星系中以及超大质量黑洞在该星系周围区域的影响提供额外的洞察。
本研究部分由皇家学会、欧盟、欧洲研究委员会和科技设施委员会（STFC）资助，后者是英国研究与创新（UKRI）的一部分。
