APP 出品：科普中國
作者：茍利軍（中國科學院國家天文臺）
監(jiān)制：中國科普博覽
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2024年9月18日，著名科學期刊《自然》（Nature）發(fā)表了一篇重磅論文，歐洲和美國的天文學家們通過最新的射電觀測手段，發(fā)現(xiàn)了一個長達2300萬光年的超長黑洞噴流，并將其命名為“波耳費里翁”（Porphyrion），這個詞所指的是古希臘神話中的一位巨人。
LOFAR射電望遠鏡陣列拍攝的“波耳費里翁”
（圖片來源：LOFAR合作組織Martijn Oei）
這一發(fā)現(xiàn)不僅刷新了我們對黑洞噴流長度的認知，也為理解黑洞在宇宙大尺度結構中的作用提供了全新視角。作為迄今為止觀測到的最長黑洞噴流，“波耳費里翁”噴流猶如一把穿透宇宙的“利劍”，揭示了黑洞噴流能夠在極端環(huán)境中保持穩(wěn)定、筆直傳播的性質。
閱讀貼士：
就此次重磅發(fā)現(xiàn)，我們策劃了“迄今最長黑洞噴流”系列，分3篇文章，分別從黑洞噴流的發(fā)現(xiàn)、黑洞噴流的形成與黑洞噴流的研究價值三個角度，為你解讀此次科學成果，帶你了解關于黑洞噴流的故事。
科學家們?yōu)槭裁匆芯亢诙磭娏鳎?/strong>
黑洞噴流作為宇宙中最壯觀的現(xiàn)象之一，研究它們不僅可以加深我們對黑洞及其周圍環(huán)境的理解，還可以揭示黑洞與星系之間復雜的相互作用。研究黑洞噴流具有幾個科學意義：
1.揭示黑洞吸積和物質轉移機制：黑洞噴流的形成與黑洞的吸積過程密切相關。通過研究噴流的結構、強度和成分，科學家可以深入了解黑洞如何吸積物質、如何將部分物質重新拋入宇宙空間。
2.探索黑洞對星系和星系團的影響：黑洞噴流會將巨大的能量和物質注入星系際空間，影響周圍星系際介質的溫度、密度和磁場分布。這種“反饋機制”在星系演化中扮演著至關重要的角色，甚至可能影響星系內恒星的形成和星系的演化。
3.揭示宇宙網(wǎng)的結構和演化：像“波耳費里翁”噴流這樣的超長噴流可以穿越宇宙網(wǎng)的各個部分，影響宇宙網(wǎng)的磁場分布和物質流動。研究這些噴流可以幫助我們理解宇宙網(wǎng)的形態(tài)、演化以及黑洞在宇宙大尺度結構中的作用。
4.推動射電天文學的發(fā)展：觀測到如此長的黑洞噴流，離不開先進的射電望遠鏡技術。未來更高靈敏度、更高分辨率的望遠鏡將使我們能夠探測到更多類似的超長噴流，揭示它們與宇宙大尺度結構的關系。
“波耳費里翁”噴流的發(fā)現(xiàn)為我們提供了一個獨特的窗口，讓我們看到了黑洞噴流在宇宙大尺度上的強大影響力。它不僅讓我們重新審視黑洞與星系之間的關系，還提示我們黑洞可能在更廣泛的宇宙結構中發(fā)揮作用。
中國天文學家們也正在研究黑洞噴流
在全球范圍內，黑洞噴流的研究一直是天文學的前沿課題，而中國天文學家在這一領域的研究也逐漸嶄露頭角。
近年來，中國天文學界在黑洞噴流和射電天文領域取得了令人矚目的成就。位于中國貴州的500米口徑球面射電望遠鏡（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope, FAST），作為世界上最大、靈敏度最高的單口徑射電望遠鏡，已經(jīng)在探測黑洞噴流、脈沖星和快速射電暴等天文現(xiàn)象方面取得了重大進展。
FAST的高靈敏度使得中國科學家能夠深入研究黑洞噴流的形成、演化及其與周圍環(huán)境的相互作用。
2023年“中國天眼”全景
（圖片來源：新華社）
與此同時，中國的X射線天文研究也取得了重要突破。2017年發(fā)射的“慧眼”硬X射線調制望遠鏡（Hard X-ray Modulation Telescope, HXMT）是中國首顆自主研發(fā)的大型X射線天文衛(wèi)星。
通過“慧眼”，科學家們可以精確地觀測黑洞及其噴流的X射線輻射，深入了解黑洞周圍的極端物理環(huán)境，如噴流的粒子加速機制、輻射過程以及吸積盤的演化特性。這些數(shù)據(jù)不僅有助于理解黑洞噴流的內在機制，也為全球黑洞研究提供了寶貴的觀測資料。
此外，中國還積極參與了國際天文項目的合作。比如中歐合作的增強型X射線時變與偏振探測衛(wèi)星（enhanced X-ray Timing and Polarimetry mission, eXTP）項目，計劃在未來幾年后發(fā)射。該項目將進一步提升我們對黑洞、脈沖星等致密天體物理過程的理解，特別是黑洞噴流的磁場結構和極端環(huán)境下的物質狀態(tài)。
同時，中國還參與了平方公里陣列射電望遠鏡（Square Kilometer Array, SKA）的建設，這將進一步提升對宇宙中黑洞噴流現(xiàn)象的觀測精度。
這些努力不僅提升了中國在黑洞噴流研究中的地位，也展示了中國天文學家在多波段天文觀測和國際合作中的實力。未來，隨著更多高靈敏度天文設備的投入使用，中國將在黑洞噴流、射電天文學和X射線天文學領域繼續(xù)發(fā)揮重要作用，為人類理解宇宙的奧秘作出更多貢獻。
僅僅揭開冰山一角，未來還有更多驚喜值得探索
“波耳費里翁”噴流的發(fā)現(xiàn)刷新了我們對黑洞噴流的理解，但它只是揭開了冰山一角。
未來，隨著更多高靈敏度望遠鏡的投入使用，如平方公里陣列望遠鏡SKA和中國的增強型X射線時變與偏振探測衛(wèi)星eXTP，我們將能夠探測到更多隱藏在宇宙中的長噴流，揭示它們與宇宙大尺度結構的關系。此外，黑洞噴流的成分和能量傳輸機制也將成為未來研究的熱點。
關于黑洞的研究遠未結束。我們還需要弄清楚黑洞的形成與演化過程、噴流的啟動機制、黑洞如何與星系共生演化，以及它們在整個宇宙演化中扮演的角色。
可以預見，未來，在全世界天文學界的共同努力下，我們將迎來更多關于黑洞的驚喜發(fā)現(xiàn)，讓我們更能理解這個神秘宇宙的真相。
