宇宙中一些最大的星系在數十億年前就停止了形成新星，至今仍沒有人完全理解為何會發生這種情況。這一謎團令人困惑，因為這些星系中仍然存在著氣體，這是形成新星的基本燃料。因此，理論上來說，它們應該是活躍的。然而，它們卻靜默且沉寂了數十億年。現在，天文學家們在研究一組罕見的星系——紅色噴泉時，似乎找到了解開這一謎團的關鍵。研究顯示，星系內部或通過與附近星系的相互作用而傳遞的緩慢、有序的冷氣流，可能在靜靜地供應中心的黑洞，讓這些黑洞能夠輕柔地關閉星形成過程，而不會將星系摧毀。
這些微小的合併和相互作用是一種高效的再補給過程。它們提供了冷氣體，這些氣體會落入黑洞，從而使黑洞能夠持續抑制星星的形成。加州大學聖塔克魯茲分校（UCSC）的本科生Arian Moghni表示，這一過程可持續很長時間。天文學家是如何追蹤這些隱藏的氣流的呢？紅色噴泉是一類不尋常的星系，僅占附近不活躍星系的約6%至8%。它們最早是通過SDSS-IV MaNGA調查的數據被識別的，該調查繪製了氣體和恆星在整個星系中的運動。
紅色噴泉的特點在於，它們顯示出微弱的、跨越數萬光年的電離氣體出流。這些出流廣泛被認為是星系中心超大質量黑洞活動的跡象。然而，謎團在於這些黑洞是如何獲得它們的燃料。Moghni表示，之前的研究已顯示出進入氣體的特徵，但這些氣體的來源及其與超大質量黑洞的關聯尚不清楚。為了解決這個問題，研究人員使用MaNGA的詳細光譜數據研究了140個紅色噴泉星系。
他們並不專注於熱或電離氣體，而是觀察冷卻的中性氣體，這種氣體更難檢測，但對於供應黑洞至關重要。研究小組通過鈉 D（Na I D）吸收線來追蹤這些氣體，這是一種在光中顯示氣體溫度在100到1,000開爾文之間的特徵。透過對每個星系信號的建模，研究團隊測量了氣體的移動速度及其運動的混亂程度。結果令人驚訝，氣體並不是向內猛烈撞擊或劇烈翻攪，而是以每秒約47公里的速度緩慢地漂向中心，這僅相當於重力自由落體速度的約10%。
更引人注目的是，氣體的運動非常有序且一致，周圍恆星的隨機運動明顯較少。研究人員還發現這種流入的氣體與黑洞活動之間存在著強烈的聯繫。大約30%的星系發出無線電波，這是其中心黑洞活躍的跡象。此外，在這些星系中，流入冷氣體的覆蓋區域大約比沒有無線電發射的紅色噴泉大三分之一。這表明，這些緩慢的氣流正直接供應黑洞。
這一發現令人振奮，因為流入的冷氣體與超大質量黑洞的活動緊密相連。這些氣體似乎被引導到星系中心，能夠幫助供應和維持黑洞的活動。環境也起著影響作用，例如，顯示出星系相互作用或過去的小型合併的紅色噴泉中，流入的氣體明顯多得多。事實上，相互作用的星系中流入冷氣體的量比孤立的星系多約2.5倍。這些相遇似乎像是一個再補給系統，提供新鮮氣體，使黑洞能夠在長時間內保持靜默活躍。
這些結果共同支持了紅色噴泉內部的自我調節循環。相互作用和內部過程使冷氣體漂流向內，這些氣體供應中心黑洞，然後黑洞釋放出溫和的能量，足以防止新星的形成，但又不會摧毀星系。這種微妙的平衡使得大型星系能夠在數十億年內保持沉寂，即便是當星形成物質仍然存在的時候。該研究提供了這一過程的稀有直接證據，通過追蹤整個星系中的冷氣體，這在以前的大型調查如MaNGA之前是無法實現的。
然而，這項工作也存在局限性。例如，研究人員尚未能追蹤到氣體完全進入黑洞本身，且黑洞的能量如何關閉星形成的具體物理過程仍然是一個未解之謎。接下來，研究團隊希望將這些觀測結果與更高解析度的數據和模擬結合，進一步跟蹤氣體接近星系核心的情況。如果在其他不活躍的星系中發現類似的流入模式，紅色噴泉可能成為理解宇宙中星系如何老化及保持靜默的重要模型。該研究已在美國天文學會的年會上發表，並將在《天體物理學雜誌》中刊登。
