直徑35萬公里射電望遠鏡：看到射電星系中心黑洞的噴射流

一個國際研究團隊以前所未有的精度成像大質量黑洞等離子射流，使用望遠鏡組合通過空間和地面望遠鏡製作的無線電圖像可以使射流結構有幾百個黑洞半徑，或者距離其原點12光年。幾乎所有星系中心都會發現重達幾十億倍於太陽質量的黑洞。這些巨大黑洞中的一些以接近光速的速度噴射由等離子體流組成的壯觀噴射流，並且可以遠遠超出其主星系的範圍，首先這些噴射流如何形成是一個長期的謎團。

空間和地面射電望遠鏡的組合模擬圖，觀測NGC 1275星系。獲得的無線電圖像顯示一種大約3光年長的新形成的射流，中央黑洞位於圖像頂部的亮點處，圖像中可見的細節比太陽系周圍的奧爾特彗星雲還要小。圖片版權：Pier Raffaele Platania INAF/IRA (compilation); ASC Lebedev Institute (RadioAstron image)

研究的主要困難之一是天文學家無法將由黑洞驅動的射流結構成像到足夠接近其原點的位置，從而可以直接與噴流形成理論和計算模型進行比較。來自8個不同國家的國際研究人員組成團隊，現在已經在巨型星系NGC 1275（也稱為射電源Perseus A或3C 84）中心製作了黑洞射流超高角解析度圖像，他們能夠解決噴射結構比以前使用地面儀器更可能接近NGC 1275中的黑洞10倍。該圖像揭示了噴射形成區域的空前細節。

結果令人驚訝，該論文的第一作者義大利國家天體物理學研究所的Gabriele Giovannini教授解釋說：結果表明觀測到的射流寬度明顯比目前偏愛的模型所預期的寬，這個模型中噴流從黑洞的橢球體發射——旋轉黑洞的空間區域和空間本身被拖曳到繞孔的旋轉運動中，並於本周發表在《自然天文學》上製作圖像的計劃的負責人芬蘭阿爾託大學的Tuomas Savolainen博士補充道：這可能意味著至少射流的外部部分是從圍繞黑洞吸積盤發射的，結果還沒有證明目前的模型是從ergosphere發射射流，但它有望為理論家提供關於靠近發射場的噴射流結構，並提供如何研究這些模型的線索。

這項研究的另一個結果是：NGC 1275的噴射結構與附近星系Messier 87噴射結構有很大不同，這是唯一一種結構被同樣地接近黑洞噴射流。研究人員認為這是由於噴射流形成時間（年齡）不同造成的。台灣中央研究院的Masanori Nakamura教授說：ngc1275的噴射流在十多年前重新啟動，目前仍在成型，這為追蹤黑洞噴射流早期發展提供了一個獨特的機會，繼續這些觀測將是非常重要的。繼續對NGC 1275最內層區域的研究和對活躍星系核研究是最可能的解決方案，距離只有70百萬秒差距或2.3億億光年的星系能夠觀測噴射流結構，並以前所未有的精度進行成像

地球到空間的干涉儀射電望遠鏡，由一個10米軌道射電望遠鏡和大約20個世界上最大的地面射電望遠鏡的集合組成，使噴射圖像的清晰度有了顯著的提高。當單個望遠鏡信號通過無線電波干擾組合在一起時，這個望遠鏡陣列的角解析度就相當於一個直徑為35萬公里的射電望遠鏡——幾乎是地球和月球之間的距離。這使得射電星在天文學歷史上具有最高的角度解析度。放射性天體項目由俄羅斯科學院Lebedev物理研究所的Astro空間中心和國家空間公司ROSCOSMOS與俄羅斯和其他國家的夥伴組織合作牽頭進行。

莫斯科列別捷夫研究所實驗室負責人的基礎和應用研究相對論宇宙的物體RadioAstron項目科學家尤里Kovalev教授說：RadioAstron使命是真正的幸福，俄制的獨特組合空間地面射電望遠鏡和巨大的國際最大射電望遠鏡陣列能使研究人員研究這個年輕相對論黑洞噴射流附近的超大質量黑洞，該論文發表在《自然天文學》雜誌上。

博科園-科學科普｜參考期刊：自然天文學｜來自：莫斯科物理技術學院

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