加州理工學院驚現 2300 萬光年寬的宇宙黑洞噴流

天文學家發現了已知最大的黑洞噴流，其長度達到了驚人的 2300 萬光年。形象地說，這相當於 140 個銀河系首尾相連的長度。

這個巨大的結構被命名爲“波菲里昂”，源自希臘神話中的一個巨人。它起源於宇宙僅有 63 億年曆史的時期，約爲當前 138 億年年齡的一半。強大的噴流從位於一個遙遠星系核心的超大質量黑洞中產生，向相反的方向噴射。

“像波菲里昂這樣的黑洞噴流非常強大：在這種情況下，這兩個噴流的總功率爲 10^39 瓦特！這相當於數萬億顆恆星的能量產出，或者約 100 個星系能量的總和，”加州理工學院的博士後學者、報告這一發現的新論文的主要作者馬蒂恩·歐伊告訴《有趣的工程》。

“這一對噴流的規模不只是一個太陽系或者一個銀河系的規模，”他說。“在這兩次巨大的噴發面前，銀河系就會是一個小點。”

這一新發現表明，像波菲里昂這樣的大型噴流系統在早期宇宙中對星系的塑造可能發揮了比以往認爲的更重要的作用。波菲里昂形成於宇宙網——連接並滋養星系的細絲所構成的微妙網絡——比現在更緊密的時期。

因此，像波菲里昂這樣的巨大噴流在這個相互連接的結構中所佔的部分更大，與我們當前宇宙中的類似噴流相比，影響的區域更廣泛。

歐伊解釋道：“在過去的幾十年裡，天文學家進行了大量的觀測和數值模擬，表明黑洞噴流散發的熱量使星際介質（ISM）升溫。這既增加了星際介質的壓力，又阻止了氣體雲坍縮形成恆星。”

“所以，黑洞噴流減緩了新恆星的形成。這種‘恆星生育控制’能確保星系不會進化過快，使它們比不存在黑洞噴流時更年輕。”

他進一步解釋道：“你可以依據它們的功率來量化噴流的能量——相當於在最劇烈的宇宙碰撞中釋放的能量：即兩個星系團（每個有時包含數千個星系！）合併時發生的碰撞。”

“所以，像波菲里昂這類射電噴流系統貌似是大爆炸之後宇宙中能量最強的‘奇觀’之一。

爲了確定波菲里昂所屬的星系，研究人員藉助了印度的巨型米波射電望遠鏡（GMRT），還補充了亞利桑那州基特峰國家天文臺暗能量光譜儀（DESI）項目的數據。

他們通過觀測將這些噴流的起源追溯到了一個巨大的星系，其大小約爲銀河系的 10 倍。

“截至目前，巨大的射電噴流大多是在更靠近或者‘附近’的宇宙中被觀測到的。在這附近的宇宙中，大多數活躍的黑洞都屬於‘射電噴流模式’類型：它們向星系外部（以及更遠的地方）釋放的所有能量當中，大部分是以射電噴流的形式存在的，”歐伊說道。

“隨着我們正在建造更靈敏的儀器，就像過去二十多年來我們對國際低頻陣列射電望遠鏡所做的那樣，我們開始在更遙遠的宇宙中看到巨大的噴流系統。”

“波菲里昂便是這樣的一個實例。令人驚訝的是，我們發現波菲里昂並非來自噴流模式的活動黑洞，而是來自輻射模式的黑洞——就像年輕宇宙中的類星體。”

噴流如何能夠在不失去穩定性的情況下延伸到其宿主星系之外如此之遠，目前仍不清楚。“我的解釋是，我們需要在中央的超大質量黑洞周圍有一個異常長壽和穩定的吸積事件，使其活躍約十億年，並確保噴流在這段時間內始終指向同一方向，”該研究的第二作者馬丁·哈德卡斯爾說。

接下來，歐伊的目標是更深入地研究這些巨大的噴流系統如何影響其環境。噴流在星系之間的區域分佈着宇宙射線、熱量、重元素和磁場。

Oei 的主要關注點是探索這些巨大的噴流對周圍空間中磁力的傳播起到了多大的促進作用。“到目前爲止，因爲巨大噴流看上去十分罕見，巨大噴流可能創造了現代磁場起源的宇宙種子場這一情況尚未被考慮到。

“這就是我現在爲什麼想要更詳細地去研究巨大噴流到底是否以及究竟是怎樣產生宇宙種子場的。”

該研究已發表在《自然》雜誌上。