近日，中國科學(xué)院上海天文臺研究團隊通過位于印度的升級后巨米波射電望遠鏡（upgraded Giant Metrewave Radio Telescope，uGMRT）的觀測發(fā)現(xiàn)在極亮紅外星系IRAS 10565+2448中存在著中性氫外流。結(jié)合以往觀測到的分子和離子外流得到IRAS 10565+2448中的質(zhì)量外流率至少是140太陽質(zhì)量每年。該研究認為，僅是恒星應(yīng)該不足以驅(qū)動這樣強勁的外流，該星系中的噴流應(yīng)該在驅(qū)動外流中起到重要作用。研究成果對理解低射電光度活動星系核中的反饋具有重要意義。相關(guān)研究成果于近日發(fā)表在《皇家天文學(xué)會月刊》上。
星系中的反饋（包括恒星的反饋和活動星系核的反饋）對星系的演化至關(guān)重要。這些反饋機制能調(diào)節(jié)星系中的金屬豐度和恒星形成，活動星系核的反饋甚至能終止中心超大質(zhì)量黑洞的吸積，且很可能是活動星系核的反饋導(dǎo)致了觀測到的許多重要結(jié)果，例如超大黑洞質(zhì)量與寄主星系速度彌散之間的強相關(guān)性以及超大黑洞質(zhì)量與寄主星系核球光度和質(zhì)量之間的強相關(guān)性。盡管恒星和活動星系核的反饋對星系的演化如此重要，但是這些反饋機制究竟是怎樣作用的，在同一星系中是否存在多種機制，以及如果存在多種機制，它們又是怎么樣協(xié)同作用的，這些問題都是該研究領(lǐng)域的熱門前沿課題。以往研究顯示，恒星形成時的風(fēng)、超新星爆發(fā)、活動星系核的輻射都可以驅(qū)動外流，另外噴流也可以驅(qū)動外流甚至其影響力遠遠大于其他機制產(chǎn)生的外流。多波段觀測表明，外流是以多相氣體的形式存在的，這給研究人員充分評估外流的性質(zhì)及影響帶來了極大挑戰(zhàn)。
IRAS 10565+2448是一個紅移在0.0431的極亮紅外并合系統(tǒng)，其恒星形成率比較高，大約為132太陽質(zhì)量每年（圖1）。此前，美國的阿雷西博望遠鏡在該星系中探測到藍移的、寬且淺的中性氫吸收信號，預(yù)示著在IRAS 10565+2448中有中性氫外流。然而，由于阿雷西博望遠鏡是單口徑射電望遠鏡，其譜線數(shù)據(jù)會受到駐波的影響，另外，阿雷西博望遠鏡沒有高空間分辨率，不足以將外流在星系中的位置確定出來。為此，研究人員利用uGMRT對IRAS 10565+2448進行了觀測（圖1、圖2）。他們發(fā)現(xiàn)，射電輻射都來自于星系A(chǔ)（圖1中紅色輪廓線所示區(qū)域）。此次觀測結(jié)果不僅確定了該外流的存在，也同時確定了該外流的位置——位于星系核心右下方大約1.36 kpc處。通過計算，研究人員得到中性氫外流的質(zhì)量外流率是0.39 Ts太陽質(zhì)量每年，能量外流率是2.6×1040 Ts爾格每秒（其中Ts 是氫原子的自旋溫度）。以往的研究發(fā)現(xiàn)在IRAS 10565+2448中還存在著高溫電離外流和冷分子外流（表1）。通過合并這些氣體外流并假設(shè)Ts=100 K，研究人員得到IRAS 10565+2448中外流的總的質(zhì)量外流率是140太陽質(zhì)量每年，能量外流率是8.9×1042爾格每秒。但研究人員也指出，實際情況是Ts 可能遠遠大于100 K，因此該研究得出的質(zhì)量外流率和能量外流率應(yīng)被當(dāng)作為下限值。
研究人員也對IRAS 10565+2448中外流的產(chǎn)生機制進行了分析。通過分析IRAS 10565+2448中星暴能產(chǎn)生外流的潛力，他們發(fā)現(xiàn)僅僅是恒星形成應(yīng)該不足以驅(qū)動這么強勁的外流，同時通過對觀測到的外流的形態(tài)特征以及動力學(xué)特征分析后還發(fā)現(xiàn)，活動星系核的輻射應(yīng)該也不是主要驅(qū)動力，而小功率的噴流很有可能才是驅(qū)動外流的主因。研究人員認為，該研究不僅凸顯出多波段和高空間分辨率研究外流的重要性，同時因為IRAS 10565+2448中的噴流在1.4 GHz的功率僅是1.3×1023瓦特每赫茲每秒，表明不可以忽略小功率的噴流在驅(qū)動外流方面起到的重要作用。
該研究表明采用多波段的觀測手段來估算外流對寄主星系的影響的必要性，在IRAS 10565+2448中高溫電離外流相對于原子外流和分子外流的影響是可以忽略不計的。以往研究顯示大功率噴流可以驅(qū)動強勁的外流，但是小功率噴流能否驅(qū)動強勁的外流在觀測上還很少，而此次觀測和研究結(jié)果是目前第二例表明小功率的噴流也可能驅(qū)動強勁外流的實例。
相關(guān)研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中國SKA人才培養(yǎng)專項的支持。
圖1 IRAS 10565+2448的光學(xué)圖像，從中可以看出該并合系統(tǒng)涉及至少三個星系，分別用A、B和C標(biāo)記出來了。該圖像取自于斯隆巡天。圖中紅色的輪廓線是uGMRT觀測得到的射電輻射輪廓線。
圖2 uGMRT觀測的結(jié)果。觀測表明射電輻射都來自于星系A(chǔ)（見圖1）。研究人員在用均勻權(quán)制作的數(shù)據(jù)塊里抽了9個譜，如圖中紅色方塊所示，最終在方塊6里探測到了中性氫外流，方塊6中心距離射電核心大約1.36 kpc。研究人員在用自然權(quán)制作的數(shù)據(jù)塊里抽了4個譜，如圖中綠色方塊所示，在綠色方塊10里探測到了可能的紅移的中性氫外流。
表1 IRAS 10565+2448中多相氣體外流的參數(shù)。從左到右分別是：氣體名稱、外流半徑、外流速度、質(zhì)量外流率和能量外流率。
