比地球還大的望遠鏡在宇宙中發現了等離子體繩索。天文學家利用地球上和太空中的電波望遠鏡網絡，捕捉了從遙遠星系中心的超大質量黑洞射出的等離子體噴流的有史以來最詳細的畫面。這股等離子體噴流來自一個名為3C 279 的遙遠閃爍星的中心，以接近光速的速度傳播，並在其源頭附近顯示出複雜、扭曲的圖案。這些圖案挑戰了40 年來用來解釋這些噴流如何形成和隨時間變化的標準理論。

天文學家們獲得了前所未有的等離子體噴流影像，它來自於光學劇變類星體3C 279中的一個超大質量黑洞，揭示了挑戰現有理論的複雜模式。這項國際研究利用先進的射電望遠鏡網絡，在噴流源附近發現了螺旋狀細絲，顯示磁場在形成這種噴流中的潛在作用。(圖片來自藝術家的構想）。

位於德國波昂的馬克斯-普朗克射電天文學研究所（Max Planck Institute for Radio Astronomy）為此次觀測做出了重大貢獻，該研究所將所有參與觀測的望遠鏡的數據合併在一起，創建了一個有效直徑約10 萬公里的虛擬望遠鏡。

他們的發現最近發表在《自然-天文學》上。

圖1：3C 279 號類星體中的糾纏絲。RadioAstron 計劃觀測到的該光源中相對論噴流的高解析度影像。影像顯示了噴流內部的複雜結構，幾條等秒尺度的細絲形成了螺旋狀。該陣列包括來自世界各地和地球軌道上的電波望遠鏡的數據，其中包括艾菲爾斯貝格100 公尺射電望遠鏡。數據在馬克斯-普朗克射電天文學研究所的相關器中心進行了後處理。資料來源：NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration；VLBA/Jorstad et al.；RadioAstron/Fuentes et al.

洞察光學劇變類星體

光學劇變類星體是宇宙中最亮、最強大的電磁輻射源。它們是活動星系核的一個亞類，由中央有一個超大質量黑洞的星系組成，黑洞從周圍的圓盤吸積物質。大約10% 的活動星系核被歸類為類星體，它們會產生相對論性等離子體噴流。光學劇變類星體屬於類星體中的一小部分，在這些類星體中，我們可以看到這些噴流幾乎直接指向觀察者。

最近，包括德國波昂馬克斯-普朗克射電天文學研究所（MPIfR）科學家在內的一個研究小組以前所未有的角度分辨率對3C 279號類星體中噴流的最內層區域進行了成像，發現了非常規則的螺旋狀細絲，這可能需要對迄今為止用於解釋活動星系中噴流產生過程的理論模型進行修正。

領導這項工作的西班牙格拉納達安達盧西亞天文物理研究所（IAA-CSIC）研究員安東尼奧-富恩特斯（Antonio Fuentes）說：”得益於RadioAstron–軌道射電望遠鏡可以到達像月球一樣遙遠的太空任務，以及分佈在地球上的23台射電望遠鏡組成的網絡，我們獲得了迄今為止分辨率最高的藍星內部圖像，使我們第一次能夠如此詳細地觀測到噴射的內部結構。”

理論影響與挑戰

射電天文台（RadioAstron）任務為宇宙打開了一扇新窗口，揭示了3C 279 等離子體噴流的新細節，3C 279 是一顆以超大質量黑洞為核心的類星體。等離子噴流至少有兩條扭曲的等離子絲從中心延伸了570多光年。

“這是我們第一次在如此接近噴流源頭的地方看到這種細絲，它們告訴我們更多關於黑洞如何塑造等離子體的信息。”研究小組成員、GMVA 歐洲調度員愛德華多-羅斯（ Eduardo Ros）說：”另外兩台望遠鏡–GMVA 和EHT–也在更短的波長（3.5 毫米和1.3 毫米）上觀測到了內部噴流，但它們無法探測到絲狀形狀，因為對於這種分辨率來說，它們太暗、太大了。這表明不同的望遠鏡可以揭示同一天體的不同特徵。”

圖2：RadioAstron VLBI 觀測提供了一個高達地球直徑八倍（最大基線為35 萬公里）的虛擬望遠鏡。資料來源：俄羅斯航太局

從光學劇變類星體噴射出的等離子體並不是筆直均勻的。它們會出現曲折，顯示等離子體是如何受到黑洞周圍力量的影響的。天文學家在研究3C279 中這些被稱為螺旋狀細絲的扭曲時發現，它們是由噴射等離子體中出現的不穩定性造成的。在這過程中，他們也意識到，他們用來解釋噴流如何隨時間變化的舊理論不再奏效。因此，需要新的理論模型來解釋這種螺旋絲是如何在如此接近噴流起源的地方形成和演變的。這是一個巨大的挑戰，同時也是一個了解這些神奇宇宙現象的絕佳機會。

“我們的研究結果有一個特別引人入勝的方面，那就是它們表明存在一個限制噴流的螺旋磁場。因此，可能是圍繞3C 279 中的噴流順時針旋轉的磁場引導和指引了以0.997 倍光速運動的噴流等離子體。”

研究小組的另一位科學家安德烈-洛巴諾夫（Andrei Lobanov）補充說：「以前在河外星系噴流中也觀測到過類似的螺旋狀細絲，但尺度要大得多，據信這是氣流的不同部分以不同速度運動並相互剪切造成的。透過這項研究，我們進入了一個全新的領域，在這個領域中，這些細絲實際上可以與產生噴流的黑洞附近最複雜的過程連結起來。”

最新一期的《自然-天文學》雜誌刊登了對3C279內部噴流的研究結果，這項研究拓展了人們為更好地理解磁場在活動星系核相對論外流最初形成過程中的作用所做的不懈努力。它強調了目前對這些過程的理論建模所面臨的眾多挑戰，並證明了進一步改進射電天文儀器和技術的必要性，這些儀器和技術為以創紀錄的角度分辨率對遙遠的宇宙天體進行成像提供了獨特的機會。

技術進步與合作

利用一種稱為甚長基線干涉測量（VLBI）的特殊技術，透過組合和關聯不同射電天文台的數據，創建一個有效直徑等於參與觀測的天線之間最大間距的虛擬望遠鏡。RadioAstron 計畫科學家尤里-科瓦廖夫（Yuri Kovalev）現任職於法國射電天文研究所（MPIfR），他強調了健康的國際合作對於取得此類成果的重要性：”來自12 個國家的觀測站利用氫鐘與空間天線同步，形成了一個與月球距離相當的虛擬望遠鏡”。

過去二十年來，RadioAstron 任務的推動者之一、太空物理研究所所長Anton Zensus 說：”RADIOASTRON 的實驗獲得了類星體3C279 的圖像，這是許多國家的天文台和科學家透過國際科學合作取得的卓越成就。這項任務在衛星發射前經過了數十年的聯合規劃。透過連接艾菲爾斯貝格等地面上的大型望遠鏡，並在波昂的VLBI 相關中心對數據進行仔細分析，才有可能獲得實際圖像”。