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想象把140个银河系首尾相接,排成一条线。

这个长度,就是天文学家在2024年发现的射电星系"波菲里翁"(Porphyrion)的喷流跨度:2300万光年,约合700万秒差距。这是迄今人类探测到的最大星系起源结构,来自一个位于75亿光年之外的超大质量黑洞。

更令人头晕的是,它不是什么未来的猜想,而是已被发表在《自然》杂志上的确认发现,研究团队来自荷兰莱顿大学和加州理工学院。

这个结构是怎么被发现的

波菲里翁的名字来自希腊神话中的巨人之王,这个命名恰如其分。

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昴宿星团的射电瓣。(Oei 等人,《天文学与天体物理学》,2022 年)

发现它的工具,是欧洲低频阵列LOFAR,一个分布在欧洲52个地点、由约两万个无线电天线组成的干涉测量网络。正是这套庞大的地面射电望远镜网络,在海量数据中捕捉到了来自这对巨型喷流的无线电信号。

这对喷流从一个星系中心的超大质量黑洞喷射而出,形成了天文学上所说的"射电瓣",即由高能等离子体和气体构成的延伸结构,其范围远远超出宿主星系的可见边界。

领导这项研究的天文学家马丁·奥伊(Martijn Oei)在一次采访中给出了一个极为形象的类比:如果把喷流缩小到地球和黑洞的实际比例,那么这个黑洞的直径只有0.2毫米,大概相当于皮肤上一只变形虫的大小。但就是这么微小的一个天体,产生了相当于整个地球大小的能量喷泉,并持续喷射了长达约十亿年。

在波菲里翁之前,LOFAR团队已经发现过一个叫做"昴宿大星"(Alcyoneus)的巨型射电星系,其喷流跨度约1630万光年,是当时的纪录保持者。波菲里翁以超过40%的优势打破了这一纪录。而就在波菲里翁发现之后不久,另一个射电星系TXS 0033+252的跨度又被测量为2600万光年,将纪录再度刷新。这一连串发现说明一件事:宇宙远比我们以为的更有层次,而我们的观测工具正在越来越深地撕开这层层帷幕。

我们看见了,但还不明白

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宇宙网中卟啉的模拟。(Martijn Oei/Dylan Nelson/IllustrisTNG 合作组)

能够探测到这样的结构,已经是天文学的重大突破。但更诚实的回答是:我们对它为什么存在,仍然知之甚少。

第一个谜题是黑洞如何维持如此持续的喷发。要产生横跨2300万光年的喷流,黑洞需要在大约十亿年的时间里持续不断地吞噬物质,这意味着它需要一个极其庞大且持久的物质供给来源。这种条件在宇宙中并不常见,但波菲里翁的存在证明了它并非不可能。

第二个谜题是稳定性问题。物理学的基本直觉告诉我们,一道喷流延伸得越长,它就越容易出现不稳定性,并最终解体。波菲里翁的喷流形成于75亿年前,那时的星系际空间比现在稠密得多,介质阻力更强。喷流是如何在如此漫长的时间里、如此稠密的环境中保持完整并延伸至这一尺度,目前没有令人满意的解释。

但这些谜题并非纯粹的学术困惑,它们指向了一个更宏大的问题:这些巨型喷流究竟在宇宙结构的形成中扮演了什么角色。

根据研究团队的计算,波菲里翁喷流的长度约为其所在宇宙空洞半径的66%。这个比例暗示,这类巨型喷流可能并非宇宙网演化的旁观者,而是参与者,它们加热了星系际空间,向空洞中注入磁场,从而在深层次上影响着宇宙大尺度结构的塑造。

奥伊认为,这类拥有巨型喷流的星系,在宇宙中实际存在的数量,可能远比我们目前已探测到的要多。限制我们发现它们的,是仪器的灵敏度,而非它们的稀有程度。随着下一代射电望远镜阵列陆续投入使用,更多波菲里翁量级的结构很可能已经潜藏在数据之中,等待被识别。

宇宙有多大,这个问题从来没有终点。