《自然-天文学》（Nature Astronomy）杂志上的一项研究揭示了超大质量黑洞及其宿主星系在共享气体供应驱动下的同步共同演化，这种演化在不同类型的星系中是一致的。这项突破性研究为理解黑洞-星系动力学和塑造未来研究提供了重要见解。

通过分析近 11,500 个活动星系核的数据，研究人员发现不同类型星系的黑洞质量与恒星质量之间存在一致的关系。

这项研究由2022年毕业于北京大学、现隶属于伊利诺伊大学香槟分校的庄铭阳博士和北京大学卡弗里天文与天体物理研究所的何路易教授共同完成，他们推导出了近11500个红移≤0的宿主星系的结构和光度特性。 利用Pan-STARRS1 3PI Steradian巡天的数据，得出了近11500个红移≤0的主星系的结构和光度特性。北京大学是该论文的主要合作单位。这项题为"活动星系核及其宿主星系的演化路径"的研究最近发表在《自然-天文学》上。

在超大质量黑洞的质量与其宿主星系的性质之间观测到的紧密联系长期以来一直吸引着天文学家。然而，关于黑洞与星系的关系是如何产生的，又是如何随着时间的推移而演变的，目前还没有达成共识。黑洞质量与附近宇宙中AGN的宿主星系性质之间的具体联系，至今仍难以捉摸。

研究人员发现，无论星系类型如何，黑洞质量和恒星质量之间的关系都类似于黑洞主动吸积星系。此外，星系在这种关系中的位置似乎与恒星形成和黑洞吸积活动的水平有关。

左图：黑洞质量-恒星质量平面上的天体向 z = 0 的演化路径。演化路径由每个箭头的方向和长度表示。红色、绿色和蓝色椭圆代表了 z ≳ 6 类星体和疑似黑洞质量不足的天体的典型位置，包括 z≈2 亚毫米波星系（SMGs）和附近的红外发光星系（LIRGs）以及窄线塞弗特 1 星系（NLS1s）。黑线表示具有非活动（死）黑洞的本地星系的位置。右图 研究中分析的四个低红移 1 型 AGN 的 Pan-STARRS1 假彩色图像。资料来源：北京大学

庄博士说："我们的研究结果揭示了星系在黑洞质量-恒星质量平面上的演化轨迹。星系及其中心黑洞的共同演化在长时间尺度上似乎是同步的。拥有超重黑洞的星系通过制造更多恒星来追赶。黑洞瘦小的星系则让黑洞吃得更多。最终，二者达到了一种'快乐'的平衡。"

黑洞吸积和恒星形成有共同的气体供应，这可能是天体在局部关系上步调一致、同步增长的原因。位于本构关系下方、黑洞质量不足的天体的演化路径支持了最近的模拟结果，即黑洞的增长最初落后于恒星的形成，但后来气体在恒星质量较高时趋于稳定后，情况发生了逆转。具有高于局域关系的超大黑洞的AGN会继续增加恒星质量，这与在早期型AGN宿主星系中探测到的活跃恒星形成和丰富的气体含量是一致的。

反馈机制与未来研究方向

这些轨迹表明，辐射模式AGN反馈机制预计会抑制恒星的形成，但对于低于缩放关系的星系来说，这种反馈机制并不那么有效。对于高于该比例关系的星系，动力学模式反馈似乎不足以阻止恒星的长期形成。

"这项工作提供了关于超大质量黑洞及其宿主星系共同演化的新见解，可以作为演化研究的明确基准和框架，"何教授强调说。"这些结果为模拟黑洞及其宿主星系之间复杂相互作用的数值模拟提供了重要的观测约束。"

"这篇文章探讨了附近宇宙中黑洞质量-恒星质量平面上星系的演化路径，将恒星形成和黑洞吸积的特性联系起来，为活动星系核反馈提供了关键的约束条件，"《自然-天文学》编辑高度赞扬道。"其中一位审稿人说："这篇论文的发现非常有趣，对于我们理解黑洞和星系在整个宇宙时期的共同演化及其恒星形成和吸积相当重要。"