研究黑洞喷流有什么用？未来，黑洞还会带给我们多少惊喜？-

出品：科普中国

作者：苟利军（中国科学院国家天文台）

监制：中国科普博览

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2024年9月18日，著名科学期刊《自然》（Nature）发表了一篇重磅论文，欧洲和美国的天文学家们通过最新的射电观测手段，发现了一个长达2300万光年的超长黑洞喷流，并将其命名为“波耳费里翁”（Porphyrion），这个词所指的是古希腊神话中的一位巨人。

LOFAR射电望远镜阵列拍摄的“波耳费里翁”

（图片来源：LOFAR合作组织Martijn Oei）

这一发现不仅刷新了我们对黑洞喷流长度的认知，也为理解黑洞在宇宙大尺度结构中的作用提供了全新视角。作为迄今为止观测到的最长黑洞喷流，“波耳费里翁”喷流犹如一把穿透宇宙的“利剑”，揭示了黑洞喷流能够在极端环境中保持稳定、笔直传播的性质。

阅读贴士：

就此次重磅发现，我们策划了“迄今最长黑洞喷流”系列，分3篇文章，分别从黑洞喷流的发现、黑洞喷流的形成与黑洞喷流的研究价值三个角度，为你解读此次科学成果，带你了解关于黑洞喷流的故事。

科学家们为什么要研究黑洞喷流？

黑洞喷流作为宇宙中最壮观的现象之一，研究它们不仅可以加深我们对黑洞及其周围环境的理解，还可以揭示黑洞与星系之间复杂的相互作用。研究黑洞喷流具有几个科学意义：

1.揭示黑洞吸积和物质转移机制：黑洞喷流的形成与黑洞的吸积过程密切相关。通过研究喷流的结构、强度和成分，科学家可以深入了解黑洞如何吸积物质、如何将部分物质重新抛入宇宙空间。

2.探索黑洞对星系和星系团的影响：黑洞喷流会将巨大的能量和物质注入星系际空间，影响周围星系际介质的温度、密度和磁场分布。这种“反馈机制”在星系演化中扮演着至关重要的角色，甚至可能影响星系内恒星的形成和星系的演化。

3.揭示宇宙网的结构和演化：像“波耳费里翁”喷流这样的超长喷流可以穿越宇宙网的各个部分，影响宇宙网的磁场分布和物质流动。研究这些喷流可以帮助我们理解宇宙网的形态、演化以及黑洞在宇宙大尺度结构中的作用。

4.推动射电天文学的发展：观测到如此长的黑洞喷流，离不开先进的射电望远镜技术。未来更高灵敏度、更高分辨率的望远镜将使我们能够探测到更多类似的超长喷流，揭示它们与宇宙大尺度结构的关系。

“波耳费里翁”喷流的发现为我们提供了一个独特的窗口，让我们看到了黑洞喷流在宇宙大尺度上的强大影响力。它不仅让我们重新审视黑洞与星系之间的关系，还提示我们黑洞可能在更广泛的宇宙结构中发挥作用。

中国天文学家们也正在研究黑洞喷流

在全球范围内，黑洞喷流的研究一直是天文学的前沿课题，而中国天文学家在这一领域的研究也逐渐崭露头角。

近年来，中国天文学界在黑洞喷流和射电天文领域取得了令人瞩目的成就。位于中国贵州的500米口径球面射电望远镜（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope, FAST），作为世界上最大、灵敏度最高的单口径射电望远镜，已经在探测黑洞喷流、脉冲星和快速射电暴等天文现象方面取得了重大进展。

FAST的高灵敏度使得中国科学家能够深入研究黑洞喷流的形成、演化及其与周围环境的相互作用。

2023年“中国天眼”全景

（图片来源：新华社）

与此同时，中国的X射线天文研究也取得了重要突破。2017年发射的“慧眼”硬X射线调制望远镜（Hard X-ray Modulation Telescope, HXMT）是中国首颗自主研发的大型X射线天文卫星。

通过“慧眼”，科学家们可以精确地观测黑洞及其喷流的X射线辐射，深入了解黑洞周围的极端物理环境，如喷流的粒子加速机制、辐射过程以及吸积盘的演化特性。这些数据不仅有助于理解黑洞喷流的内在机制，也为全球黑洞研究提供了宝贵的观测资料。

此外，中国还积极参与了国际天文项目的合作。比如中欧合作的增强型X射线时变与偏振探测卫星（enhanced X-ray Timing and Polarimetry mission, eXTP）项目，计划在未来几年后发射。该项目将进一步提升我们对黑洞、脉冲星等致密天体物理过程的理解，特别是黑洞喷流的磁场结构和极端环境下的物质状态。

同时，中国还参与了平方公里阵列射电望远镜（Square Kilometer Array, SKA）的建设，这将进一步提升对宇宙中黑洞喷流现象的观测精度。

这些努力不仅提升了中国在黑洞喷流研究中的地位，也展示了中国天文学家在多波段天文观测和国际合作中的实力。未来，随着更多高灵敏度天文设备的投入使用，中国将在黑洞喷流、射电天文学和X射线天文学领域继续发挥重要作用，为人类理解宇宙的奥秘作出更多贡献。

仅仅揭开冰山一角，未来还有更多惊喜值得探索

“波耳费里翁”喷流的发现刷新了我们对黑洞喷流的理解，但它只是揭开了冰山一角。

未来，随着更多高灵敏度望远镜的投入使用，如平方公里阵列望远镜SKA和中国的增强型X射线时变与偏振探测卫星eXTP，我们将能够探测到更多隐藏在宇宙中的长喷流，揭示它们与宇宙大尺度结构的关系。此外，黑洞喷流的成分和能量传输机制也将成为未来研究的热点。

关于黑洞的研究远未结束。我们还需要弄清楚黑洞的形成与演化过程、喷流的启动机制、黑洞如何与星系共生演化，以及它们在整个宇宙演化中扮演的角色。

可以预见，未来，在全世界天文学界的共同努力下，我们将迎来更多关于黑洞的惊喜发现，让我们更能理解这个神秘宇宙的真相。