【天文物理】FORGE’D IN FIRE

林彥興

今天來很簡短的跟大家分享一篇昨天剛剛發表在 arXiv 的論文，由 Caltech 的 Philip F. Hopkins 發表的〈FORGE'd in FIRE: Resolving the End of Star Formation and Structure of AGN Accretion Disks from Cosmological Initial Conditions〉，一篇探討如何「餵食」超大質量黑洞的研究。

根據當代對星系演化的了解，星系中心往往存在著一顆超大質量黑洞。而星系中氣體在掉入超大質量黑洞的過程中，會以輻射或噴流的方式釋放出非常龐大的能量，從而影響整個星系的演化，這個機制被稱為「活躍星系核回饋 AGN Feedback」。

但試想：掉入黑洞的氣體源自黑洞旁的吸基盤，吸積盤中的氣體源自星系中的星際介質（ISM），ISM 的氣體又是從更大尺度的宇宙網掉進星系的。那如果有一團氣體掉入星系，其中會有多少比例能夠抵達中央的超大質量黑洞，成為餵食黑洞並驅動 AGN Feedback 的養分呢？這是當前星系演化中一個相當重要的未解之謎。

而這個問題之所以困難，一大原因正是其牽涉到的空間尺度差異極大。宇宙網的尺度大概在數百萬光年的等級，但黑洞的事件視界僅有天文單位的尺度，兩者差異超過 12 個數量級，差不多是一隻草履蟲跟地球的大小差距。因此傳統上，這個問題往往被拆成好幾段來研究，有人研究吸積盤尺度、有人做星系尺度、有人做宇宙網尺度的模擬。各自得到結論後，再看看有沒有辦法把各自的結果接在一起。

而這篇〈FORGE'd in FIRE〉，則是挑戰了用在單一模擬中，從百萬光年的 Mpc 尺度一路模擬到離黑洞僅 100 天文單位左右的吸積盤外緣。受限於篇幅，小編沒辦法仔細說明論文的內容。但光是看到這橫跨了 10 個數量級的超大動態範圍，就足夠讓人嘆為觀止。

Credit: Hopkins et al. (2023). Submitted to The Open Journal of Astrophysics. CC BY 4.0