天文学家捕捉到强大宇宙喷流的形成

五毒男孩又

射电天文学揭示的3C 279喷流的丝状结构。a、2014年3月10日获得的1.3厘米总强度(左)和线偏振(右)射电天文图像。虽然a中的两个图像都显示了亮度温度(色标)，但右侧的图像也显示了覆盖为刻度的恢复的电矢量位置角度。它们的长度和颜色分别与线偏振强度和分数偏振的水平成比例。b，2017年4月获得的1:1比例的1.3毫米EHT图像。等高线与我们的射电天文图像相对应，显示出来是为了比较不同的探测尺度。这些亮度从峰值亮度的90%开始，以3/2的连续因子下降，直到达到5%。两幅图像都与具有最大亮度的像素对齐。c，2014年2月25日获得的7毫米VLBA-布-布拉扎尔方案图像。b和c左下角的白色椭圆分别表示20 × 20 μas2和150 × 360 μas2卷积光束。颜色条仅指显示在信用证:https://www.eeook.comnature.com/articles/s41550-023-02105-7中的信息

（）据马克斯·普朗克学会（诺伯特·容克）：利用地球和太空中的射电望远镜网络，天文学家捕捉到了有史以来最详细的超大质量黑洞等离子体射流的图像。喷流以接近光速的速度行进，并在其源头附近显示出复杂扭曲的图案。这些模式挑战了40年来用于解释这些喷流如何形成和随时间变化的标准理论。

位于德国波恩的马克斯·普朗克射电天文学研究所为观测做出了重大贡献，在那里，所有参与望远镜的数据被组合起来，形成了一个有效直径约为100，000公里的虚拟望远镜。

黑洞是宇宙中最明亮和最强大的电磁辐射源。它们是活动星系核的一个子类，包括具有中心超大质量黑洞的星系，从周围的圆盘中吸积物质。大约10%的活动星系核被归类为类星体，产生相对论性等离子体射流。

布拉扎属于类星体的一小部分，在类星体中，我们可以看到这些喷流几乎直接指向观测者。最近，包括德国波恩马克斯·普朗克射电天文学研究所(MPIfR)科学家在内的一个研究小组以前所未有的角度分辨率对blazar 3C 279中喷流的最内部区域进行了成像，并检测到了非常规则的螺旋细丝，这可能需要修改迄今为止用于解释活动星系中喷流产生过程的理论模型。

西班牙格拉纳达安达卢西亚天体物理研究所(IAA-CSIC)的研究员安东尼奥·富恩特斯(Antonio Fuentes)领导了这项工作，他说:“多亏了RadioAstron，轨道射电望远镜的距离远达月球，以及分布在地球上的23架射电望远镜网络，我们获得了迄今为止blazar内部最高分辨率的图像，使我们首次能够如此详细地观察喷流的内部结构。”。

射电天文任务打开的宇宙新窗口揭示了3C 279等离子体射流的新细节，3C 279是一个核心有超大质量黑洞的黑洞。该喷流至少有两条扭曲的等离子体细丝，从中心延伸超过570光年。

“这是我们第一次在如此接近喷流起源的地方看到这样的细丝，它们告诉我们更多关于黑洞如何塑造等离子体的信息。GMVA和EHT的另外两台望远镜也在更短的波长(3.5毫米和1.3毫米)上观察到了内部喷流，但他们无法检测到丝状形状，因为它们太暗了，对于这个分辨率来说太大了，”GMVA研究小组成员兼欧洲调度员Eduardo Ros说。

“这显示了不同的望远镜如何揭示同一物体的不同特征，”他补充道。

来自布拉扎尔斯的等离子射流并不是直的和均匀的。它们显示了曲折，显示了等离子体是如何受到黑洞周围的力的影响的。天文学家研究了3C 279中这些被称为螺旋状细丝的扭曲，发现它们是由喷射等离子体中发展的不稳定性引起的。

在这个过程中，他们还意识到，他们用来解释喷流如何随时间变化的旧理论不再适用。

因此，需要新的理论模型来解释这种螺旋细丝是如何在如此接近喷流起源的地方形成和演化的。这是一个巨大的挑战，但也是一个了解这些令人惊叹的宇宙现象的绝佳机会。

“从我们的结果中产生的一个特别有趣的方面是，它们表明了限制喷流的螺旋磁场的存在，”目前隶属于MPIfR的科学家团队成员光说。“因此，可能是在3C 279中围绕喷流顺时针旋转的磁场，指引和引导喷流的等离子体以0.997倍光速的速度运动。”

研究小组中的另一位MPIfR科学家Andrei Lobanov补充说:“以前在河外喷流中也观察到了类似的螺旋状细丝，但规模要大得多，据信这是由于不同部分的流以不同的速度移动并相互剪切造成的。”“通过这项研究，我们进入了一个全新的领域，在这个领域中，这些细丝实际上可以与产生喷流的黑洞附近最复杂的过程联系起来。”

对3C 279内部喷流的研究，现在刊登在最新一期的《自然天文学》上，扩展了正在进行的更好地理解磁场在活动星系核相对论性外流初始形成中的作用的努力。它强调了对这些过程的当前理论建模仍然存在的许多挑战，并表明需要进一步改进射电天文学仪器和技术，这为以创纪录的角度分辨率对遥远的宇宙物体成像提供了独特的机会。

使用一种称为甚长基线干涉测量(VLBI)的特殊技术，通过组合和关联来自不同射电天文台的数据，创建了有效直径等于参与观测的天线之间最大间距的虚拟望远镜。

射电天文项目科学家尤里·科瓦列夫(Yuri Kovalev)现在在MPIfR工作，他强调了健康的国际合作对实现这些成果的重要性:“来自12个国家的天文台已经使用氢钟与空间天线同步，形成了一个虚拟望远镜，其大小相当于到月球的距离。”

MPIfR主任Anton Zensus是过去二十年RadioAstron任务背后的驱动力之一，他说:“RADIOASTRON的实验导致类星体3C 279的这些图像，这是通过许多国家的天文台和科学家的国际科学合作可能取得的非凡成就。在卫星发射之前，这项任务花了几十年的共同规划。通过连接像Effelsberg这样的地面大型望远镜以及仔细分析我们在波恩的VLBI相关中心的数据，制作实际图像成为可能。”