天文学家发现迄今为止最大的黑洞喷流，其喷射的热等离子体远远超出了其所在星系

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天文学家发现了迄今为止最大的一对黑洞喷流，总长度达 2300 万光年。这相当于将 140 个银河系连在一起。
“这对恒星群的大小不只是一个太阳系或银河系那么大，我们谈论的是总直径相当于 140 个银河系的恒星，”加州理工学院博士后学者、《自然》杂志上报告这一发现的论文的主要作者马丁·黄 (Martijn Oei) 说道。“银河系在这两个巨大的喷发中只是一个小点。”
这个巨型喷流结构被昵称为“Porphyrion”，以希腊神话中的一位巨人命名，其历史可以追溯到我们的宇宙 63 亿年前，还不到现在 138 亿年的一半。这些猛烈的喷流——总能量输出相当于数万亿个太阳——从一个遥远星系中心的超大质量黑洞的上方和下方喷涌而出。
在发现普菲里奥之前，已确认的最大喷流系统是Alcyoneus ，也是以希腊神话中的巨人命名的。Alcyoneus 于 2022 年由发现普菲里奥的同一团队发现，横跨约 100 个银河系。相比之下，距离地球最近的主要喷流系统、著名的Centaurus A喷流横跨 10 个银河系。
最新发现表明，这些巨型喷流系统对年轻宇宙中星系的形成的影响可能比以前认为的更大。
普菲里昂存在于早期，当时连接和供给星系的纤细细丝（称为宇宙网）比现在更紧密。这意味着与当地宇宙中的喷流相比，像普菲里昂这样的巨大喷流覆盖了宇宙网的更大部分。
来源：S. Landis 和 K. Rappaport（科学传播实验室）
“天文学家认为星系和它们中心的黑洞共同演化，其中一个关键方面是喷流可以扩散大量能量，影响其宿主星系和附近其他星系的成长，”加州理工学院天文学和数据科学教授、论文合著者乔治·乔戈夫斯基 (George Djorgovski) 表示。“这一发现表明，它们的影响范围可以比我们想象的要远得多。”
揭开庞大人口的面纱
普菲里昂喷流系统是迄今为止在一次巡天中发现的最大喷流系统，它揭示了数量惊人的暗淡巨型结构：超过 10,000 个。这一庞大的巨型喷流群是使用欧洲的LOFAR（低频阵列）射电望远镜发现的。
尽管在 LOFAR 观测之前人们就已经知道了数百个大型喷流系统，但人们认为它们非常罕见，而且平均规模比射电望远镜发现的数千个系统要小。
“我们在开始这项研究之前就已经发现了巨型喷流，但我们没想到会有这么多，”这项研究的第二作者、英国赫特福德大学天体物理学教授马丁·哈德卡斯尔说。
“通常当我们获得一种新的观测能力时，比如LOFAR结合了宽视野和对扩展结构的高灵敏度，我们就会发现一些新的东西，但看到这么多这样的物体出现仍然非常令人兴奋。”
早在 2018 年，Oei 和他的同事就开始使用 LOFAR 研究黑洞喷流，而不是研究星系间纵横交错的纤细细丝的宇宙网。当团队检查无线电图像中微弱的细丝时，他们开始注意到几个惊人的长喷流系统。
“当我们第一次发现巨型喷流时，我们非常惊讶，”同样隶属于荷兰莱顿天文台的黄教授说道。“我们不知道有这么多。”
双极喷流穿过周围的星系间介质。喷流的末端撞击该介质时，会形成一个热点，周围环绕着冲击波。喷流系统的核心是包含超大质量黑洞的宿主星系。回流由来自热点的物质组成，这些物质已减速并流回宿主星系。图片来源：S. Landis 和 K. Rappaport（科学传播实验室）
为了系统地寻找更多隐藏的喷流，研究小组用肉眼检查了无线电图像，使用机器学习工具扫描图像以寻找即将出现的喷流的迹象，并寻求全球公民科学家的帮助来进一步观察图像。
一篇描述他们最新发现的一批巨型喷流（包含超过 8,000 对喷流）的论文已被《天文学与天体物理学》杂志接受发表。
潜伏在过去
为了找到普菲里昂起源的星系，该团队使用了印度的巨型米波射电望远镜(GMRT) 以及来自亚利桑那州基特峰国家天文台运营的暗能量光谱仪(DESI) 项目的辅助数据。观测结果将喷流的来源定位为一个比我们的银河系大 10 倍的巨大星系。
随后，该团队利用夏威夷的 WM 凯克天文台证明了 Porphyrion 距离地球 75 亿光年。“到目前为止，这些巨大的喷流系统似乎是最近宇宙的一种现象，”Oei 说。“如果像这样的遥远喷流能够达到宇宙网的规模，那么宇宙中的每个地方都可能在宇宙时间的某个时刻受到黑洞活动的影响，”Oei 说。
凯克的观测还表明，卟啉是从所谓的辐射模式活跃黑洞中出现的，而不是处于喷流模式的黑洞。
当超大质量黑洞活跃时——换句话说，当它们巨大的引力拖拽并加热周围的物质时——人们认为它们会以辐射或喷流的形式释放能量。辐射模式黑洞在年轻或遥远的宇宙中更常见，而喷流模式黑洞在当今宇宙中更常见。
普菲里昂来自辐射模式黑洞这一事实令人惊讶，因为天文学家并不知道这种模式可以产生如此巨大而强大的喷流。更重要的是，由于普菲里昂位于辐射模式黑洞大量存在的遥远宇宙中，这一发现意味着可能还有更多的巨型喷流有待发现。
“我们可能只看到了冰山一角，”Oei 说道。“我们的 LOFAR 调查仅覆盖了 15% 的天空。而且大多数巨型喷流可能都难以发现，因此我们相信那里还有更多这样的庞然大物。”
未解之谜
目前还不清楚这些喷流如何能够延伸到宿主星系之外如此之远而不会不稳定。“马丁的研究向我们表明，这些巨型源的环境并没有什么特别之处，导致它们达到如此大的尺寸，”黑洞喷流物理学专家哈德卡斯尔说。
“我的解释是，我们需要一个异常长寿和稳定的吸积事件围绕中心超大质量黑洞，以使其活跃这么长时间——大约十亿年——并确保喷流在整个时间内指向同一方向。我们从大量巨星那里了解到，这一定是一个相对常见的现象。”
下一步，Oei 希望更好地了解这些巨型结构如何影响周围环境。喷流将宇宙射线、热量、重原子和磁场传播到星系之间的整个空间。Oei 特别感兴趣的是找出巨型喷流传播磁性的程度。
“地球上的磁性让生命得以繁衍生息，所以我们想了解它是如何产生的，”他说。“我们知道磁性遍布宇宙网络，然后进入星系和恒星，最终到达行星，但问题是：它从哪里开始？这些巨大的喷流是否将磁性传播到整个宇宙？”