近日，中国科学院上海天文台在星系团气体演化研究方面取得重要突破。

星系团是宇宙中最大的引力束缚系统，其内部充满高温气体。理论上，这些气体会不断辐射能量并逐渐冷却，形成冷气体并触发恒星形成，这一过程被称为“冷却流”。然而，观测表明，实际冷气体含量及恒星形成率均显著低于理论预期，这一差异即“冷却流问题”。

目前普遍认为，星系团中心的超大质量黑洞活动, 即活动星系核(Active Galactic Nuclei, AGN）反馈在其中发挥了关键作用。黑洞在吸积物质过程中释放能量，以辐射、喷流和风的形式注入周围介质，从而影响气体的热状态。然而，之前的工作采用的AGN反馈模型比较唯像，自由参数很多，且一些参数也与理论或观测约束存在较大偏差；另外，这类模型通常未考虑AGN的风。因此，即便通过调节多种参数，也往往无法完全解决冷却流问题。

本研究采用专门用于研究星系尺度AGN反馈的数值模拟框架MACER (图1)，对类英仙座星系团系统进行了流体动力学模拟。与以往模型相比，MACER具有更坚实的物理基础：1）黑洞吸积率的确定要准确得多，2）同时考虑了喷流与风，3）而且喷流和风的物理性质不再是由自由参数决定的，而是基于小尺度吸积与喷流的理论研究及观测结果。

图1:星系团中心黑洞的喷流与风相互作用，导致KH不稳定性，该不稳定性产生了很强的湍流，湍流能量的耗散将喷流和风的动能转化成了星系团中气体的热能，从而成功抑制了星系团中的冷却流。取自He te al. Sci. Adv., aed6394 (2026), Figure 1. 

模拟结果表明，在同时考虑喷流与风的情况下，两者的相互作用能够在星系团核心区域激发很强的湍流，提高AGN能量向周围气体的传递效率。在这一机制下，模型有效抑制了气体过度冷却，较好地再现了观测中的冷气体质量、恒星形成率、黑洞质量演化(见图2)以及气体热力学分布(见图3)等性质，整体结果与观测高度一致。

图2:三种模型中关键物理量随时间的演化以及与观测的对比。 顶栏：恒星形成率（SFR）。 黑色虚线和灰色阴影区域分别标记了 NGC 1275的恒星形成率及其 68% 的置信区间。第二栏：冷气体质量。 灰色条带表示在英仙座中观测到的分子气体质量。 恒星形成率和冷气体质量的观测值代表了类英仙座星系团的上限。 第三栏：用爱丁顿光度为单位的活动星系核热光度。 第四栏：黑洞质量与爱丁顿光度。 底栏：以质量流量加权的吸积流外边界。只有JetWind模型成功再现了冷气体质量、恒星形成率、黑洞质量的观测范围。取自He te al. Sci. Adv., aed6394 (2026), Figure 2.

图3:星系团内介质熵的径向分布及其与观测的对比。阴影区域表示模拟结果剖面的 10% 到 90% 百分位分布。 黑色虚线和红色条带分别表示来自 ACCEPT星系团样本观测结果的中位数和一个标准差剖面。 点划线和点线分别代表星系团外部和内部不同的幂律拟合曲线。只有JetWind模型在其绝大部分的演化时间里再现了观测到的熵分布。取自He te al. Sci. Adv., aed6394 (2026), Figure 3.

该成果为理解星系团中气体的热力学演化及AGN反馈机制提供了新的思路，也为相关数值模拟研究提供了参考。

该研究的第一作者为中国科学院上海天文台的博士一年级研究生贺奥运，论文的通讯作者为复旦大学袁峰教授和季索清教授，合作者包括上海天文台博士生郭敏航和夏浩杰、美国马萨诸塞大学阿默斯特分校黎原教授、上海交通大学徐海光教授以及美国阿拉巴马大学孙明教授课题组。该研究工作得到了国家自然科学基金重大项目等项目的支持。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aed6394

MACER课题主页：https://macer-project.github.io

科学联系人：

贺奥运 heaoyun@shao.ac.cn

袁  峰 fyuan@fudan.edu.cn

季索清 sqji@fudan.edu.cn