天文學家發現一對巨無霸級的黑洞噴流。

藝術家筆下描繪的“波耳費里翁”。E. Wernquist / D. Nelson / M. Oei

近日加州理工學院的天文學家使用LOFAR射電望遠鏡陣列，發現了已知全宇宙最巨大的黑洞噴流。這對噴流的長度達到了驚人的2300萬光年，是此前記錄的20倍，已經達到了宇宙大尺度結構的級別。發射這對噴流的超大質量黑洞質量是我們銀河系中心黑洞質量的100多倍。

這對噴流被命名為“波耳費里翁（Porphyrion）”。“波耳費里翁”是古希臘神話中的巨人。天文學家在這位巨人身上可以學到與星系內外物質流動“生態系統”有關的許多知識。但是這對噴流身上同時也存在一個讓人不解的謎：為何它在射出這么遠的同時，又能保持得如此筆直？

黑洞在攫取物質的時候，這些物質的命運不盡相同。它們有一些會被黑洞全部吞噬；有一些會環繞黑洞運行，并形成一個扁平的圓盤；還有一些則會受黑洞的強磁場影響，扭曲糾纏在一起，從黑洞的兩極附近以近光速射向太空，形成一對方向相反的噴流。

此前天文學家觀測到的黑洞噴流長度最多不過幾百萬光年。這些噴流因為受到來自星系際介質的各種干擾，大多會變得彎曲。因此這次“波耳費里翁”看起來竟然如此筆直實在讓人驚訝。

要想把黑洞噴流“掰彎”方法其實很多。比如我們可以用星際云團來遮掩、讓黑洞自轉軸朝向發生改變、使用強磁場，乃至可以讓宿主星系陷入到一個更大的宇宙結構中讓它去遭遇“風”，等等。

而“波耳費里翁”竟安然存在了大約20億年而沒有受到任何干擾，實在是個奇跡。

學者們感到困擾的原因有兩個。一是這對噴流實際上存在于大約70億年前，我們看到的“波耳費里翁”實際上是宇宙年齡大約60億年時的影像。由于宇宙在膨脹，那個時候的宇宙密度要比現在大很多。而一個擁擠的宇宙顯然不利于噴流保持直線。

第二個原因是，這對噴流能夠射得這么遠，表明產生這對噴流的黑洞在大約20億年的時間里，一直能夠獲得穩定的“食物”補給。這表明在當時它所在的環境中，物質比如星際氣體的含量極為豐富。而這又形成了一個悖論，即一個如此擁擠的環境，和一條如此之長又如此之直的噴流顯然是矛盾的。

研究人員坦承這仍是一個謎。也許它只是僥幸，恰好在一個擁擠的星系際環境中，遇到了一條狹窄的允許直線通過的空隙。

但也有可能是某種我們不知道的原因，使得這對噴流能夠一直保持直線推進。為此，研究人員打算在整個光譜的范圍內，這對噴流所在的環境進行更徹底的勘查。

“波耳費里翁”是宇宙物質“生態系統”的重要組成部分。在這個系統里，游蕩在星系與星系之間的所謂“星系際介質”，會通過種種方式進入星系；而星系利用這些物質孕育出恒星甚至黑洞，又通過黑洞噴流對“星系際介質”產生影響。如此往復循環，生生不息。

LOFAR射電望遠鏡陣列拍攝的“波耳費里翁”。這是一對總長2300萬光年的噴流，產生它們的超大質量黑洞位于正中的宿主星系內。宿主星系右側的花瓣狀結構是另外一個較小的噴流系統。右下角是我們銀河系的等比例示意。LOFAR合作組織 / Martijn Oei

參考
Black hole jets on the scale of the cosmic web
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07879-y
Astronomers just detected the biggest black hole jets ever seen – and named them Porphyrion
https://theconversation.com/astronomers-just-detected-the-biggest-black-hole-jets-ever-seen-and-named-them-porphyrion-239297