在数十亿光年之外,一股酷似《指环王》中“索伦之眼”的宇宙喷流在一个非常活跃的星系的核心处旋转。这独特的宇宙天体是通过基于地球的甚长基线射电干涉仪阵列 15 年的观测才得以发现的,它正帮助科学家们更好地理解宇宙喷流的构造——来自黑洞、中子星和其他天体的强大等离子体和能量束。这股“索伦之眼”宇宙喷流的独特属性已在 8 月 12 日发表于《天文学与天体物理学》杂志的一项研究中详细介绍。
“当我们重建图像时,它看起来absolutely stunning,”研究合著者、马克斯·普朗克射电天文学研究所的天体物理学家 Yuri Kovalev 在一份声明中说。“我们从未见过如此景象——一个近乎完美的环形(甜甜圈状)磁场伴随着一股直冲我们的喷流。”
这股邪恶的宇宙喷流正从一个名为 PKS 1424+240 的耀变体中喷涌而出。由一个超大质量黑洞驱动,耀变体是一类大型活跃星系核,属于活跃星系核星系。耀变体是这些非恒星驱动的星系中的能量和光的核心。耀变体的黑洞会发射出接近光速的等离子体喷流。

就耀变体而言,PKS 1424+240 一直令天文学家感到困惑。它是已知最亮的发射中微子的耀变体,中微子是极难探测到的亚原子粒子,被称为“幽灵粒子”。高能伽马射线也从 PKS 1424+240 辐射出来,使得这个独特的耀变体看起来在发光。即使有如此多的高能伽马射线和中微子,宇宙喷流似乎比预期的移动速度慢得多。人们曾认为只有速度最快的宇宙喷流才能驱动如此高能的辐射,而 PKS 1424+240 的速度却像冰川一样缓慢。
利用由分布在美国大陆、夏威夷和圣克鲁斯岛的十根天线组成的甚长基线射电干涉仪阵列,研究人员拼接出了这幅令人难以置信的、从耀变体中喷出的喷流图像,这幅图像无疑带有《指环王》的风格。PKS 1424+240 及其喷流几乎与地球完全对齐。这使得天文学家观察到的喷流中的高能辐射得到放大。
“这种对齐会使亮度增加 30 倍或更多,”合著者、天文学家 Jack Livingston 补充说。“同时,由于投影效应——一种经典的视觉错觉——喷流看起来移动得很慢。”
这是一个难得的正面观察耀变体的机会,让团队能够直接窥探其壮观喷流的核心。利用偏振射电信号,团队绘制了喷流的磁场和结构。磁场可能呈螺旋状(称为螺旋形)或甜甜圈状(称为环形)。磁场的结构很可能在等离子体如何从耀变体的宇宙喷流中流出方面起着重要作用。
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这项发现是MOJAVE 项目的一部分,该项目是一项监测活跃星系喷流的长期工作。为了监测这些喷流,科学家们使用了一种称为甚长基线干涉测量(VLBI)的技术。VLBI 将全球各地的射电望远镜连接起来,形成一个巨大的虚拟望远镜,大小与地球相当。连接所有这些射电望远镜提供了天文学中可用的最高分辨率,让我们能够看到遥远宇宙喷流的精细细节。
“当我们开始 MOJAVE 项目时,有一天能直接将遥远的黑洞喷流与宇宙中微子联系起来的想法就像科幻小说一样,”MOJAVE 联合创始人 Anton Zensus 说。“如今,我们的观测正在使其成为现实。”