宇宙是一个极其浩瀚且令人费解的地方。数千年的科学进步逐步增加了我们对宇宙的理解,但时不时地,科学家们仍然会发现一些笼罩在几乎无法解释的神秘之中的事物。现在,这样一个谜题以电磁辐射丝状物的形式出现,这些丝状物长达数十万光年——这是以前从未见过的。
天文学家使用南非的 MeerKAT 射电望远镜,正在窥视 Norma 中心附近的一个明亮星系,这是一个距离地球 2.3 亿光年的合并星系团。这个特殊的星系被称为 ESO 137-006,在无线电波中非常明亮:其中心的超大质量黑洞喷射出双射流等离子体,延伸到星系边缘之外。这些射流中的带电粒子以接近光速的速度移动,围绕磁场旋转,并在移动过程中发射无线电波。这种活动很壮观,但在宇宙尺度上根本不足为奇。
然而,MeerKAT 敏锐的射电眼揭示了一个意想不到的特征:巨大的射电辐射丝线从漩涡中涌现出来。点击此处查看壮观的图像。这些近乎平行的丝线似乎将星系两个等离子射流末端的漩涡状瓣连接在一起。每条丝线都非常巨大,最长的一条达到了惊人的 261,000 光年。
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在其他地方也见过类似的丝线,包括 我们自身星系中心内部。但国际射电天文研究中心的天文学家 Minh Huynh 说,银河系自身的丝线——其本身尚未完全理解——比 ESO 137-006 中出现的巨大丝线小数千倍,他没有参与这项工作。
荷兰拉德堡德大学的射电天文学家 海诺·法尔克 也研究了黑洞射流的整个科学生涯,他也没有参与这项研究。但这些丝状物 让他感到困惑。“这非常奇怪,”他说,将相对细长的卷须比作蜘蛛的腿。“真的很难想象这是如何形成的。”
本月早些时候在期刊 天文学与天体物理学 上报道了这项发现的国际天文学家团队也无法解释这些丝状物。然而,如果有人能够做到这一点,那么超大质量黑洞和过度活跃星系的拜占庭式天体物理学——从它们随时间的演变到它们释放积累能量的方式——应该变得更容易理解一些。
南非罗德斯大学的射电天文学家兼新研究的主要作者 姆帕蒂·拉马佐库 最初有兴趣检查 ESO 137-006 附近的一个较为平静的星系。但 MeerKAT 首先对准了后者:想法是,如果 ESO 137-006 惊人的射电光度可以帮助教导望远镜的软件过滤掉其焰火,那么外围不太引人注目的天文物体就可以更好地被看到。“如果你正在观察一些小而弱且脆弱的东西,那么大而喧闹的源头总是会妨碍你,”研究合著者奥列格·斯米尔诺夫说,他是 南非射电天文台 射电天文学研究小组的负责人。
当 MeerKAT 仔细观察这个引人注目的射电星系时,连接其两个射流的神秘丝状物显露出来。“我们花了很多时间怀疑这些结构,”拉马佐库说。他们最初认为这是一些在图像处理过程中产生的伪影。但对数据的细致检查排除了这种可能性。
“如果这是伪影,我愿意吃掉我的帽子,”斯米尔诺夫说。该团队还想知道这些丝线是否是图像前景中与星系无关的巨大结构。但它们似乎反映了射流的形状以及这些射流滚滚的瓣。“如果它们在前面,那真是太巧合了,”斯米尔诺夫补充道。
如果这些丝线是由 ESO 137-006 的恶作剧产生的,那么它们可能不是突然凭空出现的。哈佛大学史密森天体物理中心射电天文学家 伊薇特·森德斯 说,射电天文学中的一个普遍规律是,结构的大小与制造它所需的时间成正比,她没有参与这项研究。这些丝状物延伸数十万光年,暗示着一个漫长的制造过程。
丝线的能量特征也暗示了它们的构成:就像射流本身一样,它们的射电辐射可能来自磁场中电子的螺旋运动。“成分是已知的,”斯米尔诺夫说。但是,在最初锻造这些丝状物的天文炼金术,目前而言,只能靠猜测。
ESO 137-006 在黑暗中的旅程提供了一个可能的答案。它正以几乎难以想象的速度向 Norma 星系团的中心坠落。星系之间的空间中存在着由电离氢、氦和其他较重元素组成的浓汤。拉马佐库说,星系际肉汤有可能被拖着一起前进,导致隐藏在 ESO 137-006 等离子射流瓣中的磁性丝状物被冲刷出来。
这些丝状物可能是早期喷流活动的遗迹辐射,像翱翔的飞机的尾迹一样遗留在星系的尾流中。星系团的湍流环境可能搅动了它们,导致它们的电子重新加速,并使这些尾迹再次亮起。但是,Huynh 说,这些所谓的射电凤凰预计会更加分散,因为尾迹会随着时间的推移而扩散开来——然而 ESO 137-006 的丝线大致平行且相对较细。
MeerKAT 已经在尝试在其他射电星系中寻找类似的巨大丝状物。这些丝线可能只是 ESO 137-006 所独有的。或者,它们可能隐藏在整个宇宙的星系中。斯米尔诺夫说,这两种结果都将是一个启示。但在我们知道任何一种结果之前,天文学家很可能仍将蒙在鼓里。“肯定有很多额外的物理学知识需要学习,”森德斯说。