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為何天空中滿是奇怪的X-形星系？這裏告訴你原因

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2022年10月14日 -
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一個黑洞回流形成的“雙回旋鏢”隱藏在這個巨大的射電星系中。 
一個X-形射電星系中的“雙回旋鏢”。 
一個X-形射電星系中的“雙回旋鏢”。 這些巨大的藍色噴流長度超過整個銀河系的100倍。 
（圖片：© NRAO/AUI/NSF; SARAO; DES）
使用普通的望遠鏡觀察，PKS 2014-55星系只是一個不起眼的亮斑。 但是在射電波段，你會發現在它的中心隱藏著一個巨大的散發著光芒的寶貝——那個X就是它。 
PKS 2014-55是一個X-形射電星系（XRG），它是一種特殊類型的星系，在夜空中用射電望遠鏡看的話就像一個巨大的X。 X的長臂——每條長度都超過銀河系的100倍——實際上是高速運動的粒子與磁場的混合物，它們從星系中心的黑洞中噴射出來並向太空中傳播上百萬光年，遠遠超過星系的邊緣。 
在一些擁有中心黑洞的星系中，大型射電能量噴流很常見（甚至銀河系內部也有兩個射電能量“泡”）。 然而，大部分噴流都是整齊地成對出現，從遠處看成一條直線或者圓形的突起。 威廉姆·科頓是位於弗吉尼亞的國家射電天文台（NRAO）的一名研究XRG的天文學家，按照他的說法，只有不超過10%的宇宙射電源呈現出這種獨特的X形。 
“你可以看到這個星系向外伸出了四個物體，”一項關於該星系的新研究的首席作者——科頓——告訴《生命科學》，“問題在於，它是如何形成的？”
現在，科頓和他的同事或許已經有了答案。 在一個5月7日發表在預印本服務網arXiv上並計劃發表在皇家天文協會月報上的新研究報告中，研究人員與NRAO和南非射電天文台（SARAO）合作，使用位於南非卡魯沙漠上的巨大的MeerKAT射電望遠鏡拍攝到了迄今為止XRG最精細的圖片。 這張圖片，即上圖，表明從PKS 2014-55星系中心噴出的奇怪的X明顯完全不是一個X。 
“它實際上是一個‘雙回旋鏢’形，”科頓說。 “這意味著星系中的某種東西使得噴流發生了轉向並進入到了這些副翼中。 ”
這張帶注釋的圖片展示的是巨大的X-形射電星系PKS2014-55，它是由南非射電天文台的MeerKAT望遠鏡拍到的，上面標出了較老的X-形射電噴流，靠近黑洞中心的年輕的噴流，以及受到星系中心恒星和氣體支配的受影響區域。 
這張圖片展示了兩條最年輕的射電噴流（白點）正從星系的中心黑洞中噴射出來，而兩條較老的噴流在經過了上千萬年後繼續向太空中滲漏。 （圖片授權：UP; NRAO/AUI/NSF; SARAO; DES）
根據科頓和新的研究觀點，該星系的奇特形狀可以由“流體回流模型”理論來解釋。 大致過程如下：首先，星系中心的黑洞不停地吞噬物質並持續了數百萬年，直到它經歷了一次巨大的“消化不良”。 黑洞向太空中“嗝”出兩條孿生的物質噴流，每條都以驚人的速度向相反的方向射出。 
最終（數萬年後），這些噴流沖出星系的外層氣體圈，並進入到星系空間中。 隨著噴流離星系越來越遠，噴流內部的壓力也在緩慢積累，最終迫使每條噴流中的一些物質掉頭並再次流回到中心。 這種現象就是所謂的“回流”。 
回流在活躍的星系中很常見，科頓說到，但是通常回流的物質都會在星系的中心膨脹，而不是反彈到周圍。 在PKS2014-55中，星系中塵埃和氣體組成的熾熱環彎曲的角度如此之大以至於它實際上是被反彈出了星系，使得每條噴流都呈現出雙回旋鏢形。 
對於科頓和他的同事來說，這段漫長的宇宙史只需簡單的觀察MeerKAT照片上噴流的輪廓就能很明顯地看出來——“我們看了照片10秒鐘然後說，‘是的，就是它，’”科頓說。 但是當團隊分析噴流的亮度時，更多的細節出現了。 
根據科頓的說法，這張圖片展示的不是一次，而是三次獨立的黑洞噴發並且相隔了上千萬年。 靠近圖片中心的兩個白點展示的是最近的噴發事件，兩個孿生能量波剛剛從黑洞拓展開來並進入到星系中。 在此之外，這兩條很長的藍色波瓣是一千萬年前左右黑洞噴出的兩條噴流的遺跡，科頓說。 
“此外，如果你觀察噴流的邊緣，你會看到一個我們稱之為‘繭’的東西——那是更早之前噴發的痕跡，”他補充到。 “至今差不多有一億年了。 ”
三代噴流都呈現出雙回旋鏢形這一事實證明XRG形狀的成因是流體回流，而不是一些其他的現象（例如黑洞在一次噴發和後面一次噴發之間改變了方向）。 
該模型或許不能解釋宇宙中所有的X-形星系——每一個都需要單獨分析，科頓說。 但是，至少在PKS 2014-55這個案例中，我們已經完成了宇宙藏寶圖中的一塊。 
BY: Brandon Specktor
FY: 手心的薔薇
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一個黑洞回流形成的“雙回旋鏢”隱藏在這個巨大的射電星系中。

一個X-形射電星系中的“雙回旋鏢”。

一個X-形射電星系中的“雙回旋鏢”。這些巨大的藍色噴流長度超過整個銀河系的100倍。

（圖片：© NRAO/AUI/NSF; SARAO; DES）

使用普通的望遠鏡觀察，PKS 2014-55星系只是一個不起眼的亮斑。但是在射電波段，你會發現在它的中心隱藏著一個巨大的散發著光芒的寶貝——那個X就是它。

PKS 2014-55是一個X-形射電星系（XRG），它是一種特殊類型的星系，在夜空中用射電望遠鏡看的話就像一個巨大的X。X的長臂——每條長度都超過銀河系的100倍——實際上是高速運動的粒子與磁場的混合物，它們從星系中心的黑洞中噴射出來並向太空中傳播上百萬光年，遠遠超過星系的邊緣。

在一些擁有中心黑洞的星系中，大型射電能量噴流很常見（甚至銀河系內部也有兩個射電能量“泡”）。然而，大部分噴流都是整齊地成對出現，從遠處看成一條直線或者圓形的突起。威廉姆·科頓是位於弗吉尼亞的國家射電天文台（NRAO）的一名研究XRG的天文學家，按照他的說法，只有不超過10%的宇宙射電源呈現出這種獨特的X形。

“你可以看到這個星系向外伸出了四個物體，”一項關於該星系的新研究的首席作者——科頓——告訴《生命科學》，“問題在於，它是如何形成的？”

現在，科頓和他的同事或許已經有了答案。在一個5月7日發表在預印本服務網arXiv上並計劃發表在皇家天文協會月報上的新研究報告中，研究人員與NRAO和南非射電天文台（SARAO）合作，使用位於南非卡魯沙漠上的巨大的MeerKAT射電望遠鏡拍攝到了迄今為止XRG最精細的圖片。這張圖片，即上圖，表明從PKS 2014-55星系中心噴出的奇怪的X明顯完全不是一個X。

“它實際上是一個‘雙回旋鏢’形，”科頓說。“這意味著星系中的某種東西使得噴流發生了轉向並進入到了這些副翼中。”

這張帶注釋的圖片展示的是巨大的X-形射電星系PKS2014-55，它是由南非射電天文台的MeerKAT望遠鏡拍到的，上面標出了較老的X-形射電噴流，靠近黑洞中心的年輕的噴流，以及受到星系中心恒星和氣體支配的受影響區域。

這張圖片展示了兩條最年輕的射電噴流（白點）正從星系的中心黑洞中噴射出來，而兩條較老的噴流在經過了上千萬年後繼續向太空中滲漏。（圖片授權：UP; NRAO/AUI/NSF; SARAO; DES）

根據科頓和新的研究觀點，該星系的奇特形狀可以由“流體回流模型”理論來解釋。大致過程如下：首先，星系中心的黑洞不停地吞噬物質並持續了數百萬年，直到它經歷了一次巨大的“消化不良”。黑洞向太空中“嗝”出兩條孿生的物質噴流，每條都以驚人的速度向相反的方向射出。

最終（數萬年後），這些噴流沖出星系的外層氣體圈，並進入到星系空間中。隨著噴流離星系越來越遠，噴流內部的壓力也在緩慢積累，最終迫使每條噴流中的一些物質掉頭並再次流回到中心。這種現象就是所謂的“回流”。

回流在活躍的星系中很常見，科頓說到，但是通常回流的物質都會在星系的中心膨脹，而不是反彈到周圍。在PKS2014-55中，星系中塵埃和氣體組成的熾熱環彎曲的角度如此之大以至於它實際上是被反彈出了星系，使得每條噴流都呈現出雙回旋鏢形。

對於科頓和他的同事來說，這段漫長的宇宙史只需簡單的觀察MeerKAT照片上噴流的輪廓就能很明顯地看出來——“我們看了照片10秒鐘然後說，‘是的，就是它，’”科頓說。但是當團隊分析噴流的亮度時，更多的細節出現了。

根據科頓的說法，這張圖片展示的不是一次，而是三次獨立的黑洞噴發並且相隔了上千萬年。靠近圖片中心的兩個白點展示的是最近的噴發事件，兩個孿生能量波剛剛從黑洞拓展開來並進入到星系中。在此之外，這兩條很長的藍色波瓣是一千萬年前左右黑洞噴出的兩條噴流的遺跡，科頓說。

“此外，如果你觀察噴流的邊緣，你會看到一個我們稱之為‘繭’的東西——那是更早之前噴發的痕跡，”他補充到。“至今差不多有一億年了。”

三代噴流都呈現出雙回旋鏢形這一事實證明XRG形狀的成因是流體回流，而不是一些其他的現象（例如黑洞在一次噴發和後面一次噴發之間改變了方向）。

該模型或許不能解釋宇宙中所有的X-形星系——每一個都需要單獨分析，科頓說。但是，至少在PKS 2014-55這個案例中，我們已經完成了宇宙藏寶圖中的一塊。

BY: Brandon Specktor

FY: 手心的薔薇

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