为何天空中满是奇怪的X-形星系？这里告诉你原因

一个黑洞回流形成的“双回旋镖”隐藏在这个巨大的射电星系中。

一个X-形射电星系中的“双回旋镖”。

一个X-形射电星系中的“双回旋镖”。这些巨大的蓝色喷流长度超过整个银河系的100倍。

（图片：© NRAO/AUI/NSF; SARAO; DES）

使用普通的望远镜观察，PKS 2014-55星系只是一个不起眼的亮斑。但是在射电波段，你会发现在它的中心隐藏着一个巨大的散发着光芒的宝贝——那个X就是它。

PKS 2014-55是一个X-形射电星系（XRG），它是一种特殊类型的星系，在夜空中用射电望远镜看的话就像一个巨大的X。X的长臂——每条长度都超过银河系的100倍——实际上是高速运动的粒子与磁场的混合物，它们从星系中心的黑洞中喷射出来并向太空中传播上百万光年，远远超过星系的边缘。

在一些拥有中心黑洞的星系中，大型射电能量喷流很常见（甚至银河系内部也有两个射电能量“泡”）。然而，大部分喷流都是整齐地成对出现，从远处看成一条直线或者圆形的突起。威廉姆·科顿是位于弗吉尼亚的国家射电天文台（NRAO）的一名研究XRG的天文学家，按照他的说法，只有不超过10%的宇宙射电源呈现出这种独特的X形。

“你可以看到这个星系向外伸出了四个物体，”一项关于该星系的新研究的首席作者——科顿——告诉《生命科学》，“问题在于，它是如何形成的？”

现在，科顿和他的同事或许已经有了答案。在一个5月7日发表在预印本服务网arXiv上并计划发表在皇家天文协会月报上的新研究报告中，研究人员与NRAO和南非射电天文台（SARAO）合作，使用位于南非卡鲁沙漠上的巨大的MeerKAT射电望远镜拍摄到了迄今为止XRG最精细的图片。这张图片，即上图，表明从PKS 2014-55星系中心喷出的奇怪的X明显完全不是一个X。

“它实际上是一个‘双回旋镖’形，”科顿说。“这意味着星系中的某种东西使得喷流发生了转向并进入到了这些副翼中。”

这张带注释的图片展示的是巨大的X-形射电星系PKS2014-55，它是由南非射电天文台的MeerKAT望远镜拍到的，上面标出了较老的X-形射电喷流，靠近黑洞中心的年轻的喷流，以及受到星系中心恒星和气体支配的受影响区域。

这张图片展示了两条最年轻的射电喷流（白点）正从星系的中心黑洞中喷射出来，而两条较老的喷流在经过了上千万年后继续向太空中渗漏。（图片授权：UP; NRAO/AUI/NSF; SARAO; DES）

根据科顿和新的研究观点，该星系的奇特形状可以由“流体回流模型”理论来解释。大致过程如下：首先，星系中心的黑洞不停地吞噬物质并持续了数百万年，直到它经历了一次巨大的“消化不良”。黑洞向太空中“嗝”出两条孪生的物质喷流，每条都以惊人的速度向相反的方向射出。

最终（数万年后），这些喷流冲出星系的外层气体圈，并进入到星系空间中。随着喷流离星系越来越远，喷流内部的压力也在缓慢积累，最终迫使每条喷流中的一些物质掉头并再次流回到中心。这种现象就是所谓的“回流”。

回流在活跃的星系中很常见，科顿说到，但是通常回流的物质都会在星系的中心膨胀，而不是反弹到周围。在PKS2014-55中，星系中尘埃和气体组成的炽热环弯曲的角度如此之大以至于它实际上是被反弹出了星系，使得每条喷流都呈现出双回旋镖形。

对于科顿和他的同事来说，这段漫长的宇宙史只需简单的观察MeerKAT照片上喷流的轮廓就能很明显地看出来——“我们看了照片10秒钟然后说，‘是的，就是它，’”科顿说。但是当团队分析喷流的亮度时，更多的细节出现了。

根据科顿的说法，这张图片展示的不是一次，而是三次独立的黑洞喷发并且相隔了上千万年。靠近图片中心的两个白点展示的是最近的喷发事件，两个孪生能量波刚刚从黑洞拓展开来并进入到星系中。在此之外，这两条很长的蓝色波瓣是一千万年前左右黑洞喷出的两条喷流的遗迹，科顿说。

“此外，如果你观察喷流的边缘，你会看到一个我们称之为‘茧’的东西——那是更早之前喷发的痕迹，”他补充到。“至今差不多有一亿年了。”

三代喷流都呈现出双回旋镖形这一事实证明XRG形状的成因是流体回流，而不是一些其他的现象（例如黑洞在一次喷发和后面一次喷发之间改变了方向）。

该模型或许不能解释宇宙中所有的X-形星系——每一个都需要单独分析，科顿说。但是，至少在PKS 2014-55这个案例中，我们已经完成了宇宙藏宝图中的一块。

BY: Brandon Specktor

FY: 手心的蔷薇

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