凯瑟琳·罗斯和娜塔莎·赫利-沃克，《对话》 荣誉:娜塔莎·赫利-沃克博士(柯廷/国际辐射研究中心)和微光团队 天空的无线电图像揭示了遥远星系中数百个“婴儿”和超大质量黑洞，星系的光以意想不到的方式四处反射
星系是巨大的宇宙体，大小有数万光年，由气体、尘埃和恒星(比如我们的太阳)组成
考虑到它们的大小，你会认为星系发出的光量会缓慢而稳定地变化，时间跨度远远超过一个人的一生
但是我们发表在《皇家天文学会月报》上的研究发现，在短短几年内，星系中的光变化要快得多
什么是射电星系？ 天文学家认为在大多数星系的中心有一个超大质量黑洞
其中一些是“活跃的”，这意味着它们会发出大量辐射
它们强大的引力场将周围的物质吸引进来，并将其撕裂成一个由热等离子体组成的环形轨道，称为“吸积盘”
这个圆盘以接近光速的速度围绕黑洞旋转
磁场沿着黑洞的旋转轴以细长的流或“射流”加速来自圆盘的高能粒子
随着它们离黑洞越来越远，这些喷流绽放成巨大的蘑菇状云或“裂片”
这整个结构构成了一个射电星系，之所以这么叫是因为它发出大量的射频辐射
它可能跨越数百、数千甚至数百万光年，因此可能需要数千年才能显示出任何戏剧性的变化
天文学家长期以来一直质疑为什么一些射电星系拥有巨大的波瓣，而另一些仍然很小且被限制
存在两种理论
一是喷流被黑洞周围的致密物质阻挡，通常被称为受抑叶
然而，围绕这一现象的细节仍然未知
目前还不清楚脑叶是否只是暂时被一个小的、极其密集的周围环境所限制——或者它们是否在慢慢穿过一个更大但密度更小的环境
第二个解释小脑叶的理论是喷流很年轻，还没有延伸到很远的地方
旧的是红色的，婴儿是蓝色的 新老射电星系都可以通过现代射电天文学的巧妙运用来识别:观察它们的“射电颜色”
我们观察了来自银河和银河外全天空测量的数据，它以20种不同的无线电频率观察天空，给天文学家一个无与伦比的天空“无线电颜色”视图
从数据来看，婴儿射电星系呈现蓝色，这意味着它们在更高的无线电频率下更亮
与此同时，老的和垂死的射电星系呈现红色，在较低的无线电频率下更亮
我们识别了554个婴儿射电星系
当我们观察一年后拍摄的相同数据时，我们惊讶地发现其中有123个在亮度上来回跳动，似乎在闪烁
这给我们留下了一个难题
在不违反物理定律的情况下，一个大于一光年的物体不可能在不到一年的时间内亮度变化如此之大
所以，要么我们的星系比预期的小得多，要么发生了别的事情
幸运的是，我们得到了我们需要的数据
射电星系大力神A在其中心有一个活跃的超大质量黑洞
这张照片中，它以喷射的形式发射高能粒子，向外扩展成无线电波
信用:美国航天局/欧空局/NRAO 过去对射电星系可变性的研究要么使用了少数星系，从许多不同望远镜收集的档案数据，要么仅使用单一频率进行
在我们的研究中，我们在一年内通过多个无线电频率调查了超过21000个星系
这使得它成为第一次“光谱可变性”调查，使我们能够看到星系如何在不同频率下改变亮度
在过去的一年里，我们一些活跃的婴儿射电星系发生了如此大的变化，以至于我们怀疑它们根本不是婴儿
这些致密的射电星系有可能实际上是焦虑的青少年，他们成长为成年人的速度比我们预期的要快得多
虽然我们大多数可变星系的亮度在所有射电颜色中增加或减少的量大致相同，但有些没有
此外，51个星系的亮度和颜色都发生了变化，这可能是导致可变性的线索
正在发生的事情有三种可能 1)闪烁的星系 当恒星发出的光穿过地球大气层时，它会被扭曲
这就产生了我们在夜空中看到的星星闪烁的效果，称为“闪烁”
本次调查中来自射电星系的光穿过我们的银河系到达我们在地球上的望远镜
因此，我们星系中的气体和尘埃可能以同样的方式扭曲了它，导致了闪烁效应
2)向下看桶 在我们的三维宇宙中，有时黑洞会直接向地球上的我们发射高能粒子
这些射电星系被称为“blazars”
我们看到的不是细长的喷流和巨大的蘑菇状裂片，而是一个非常微小的亮点
它们可以在短时间尺度内表现出极大的可变性，因为超大质量黑洞本身的任何微小物质喷射都直接指向我们
3)黑洞打嗝 当中央超大质量黑洞“打嗝”一些额外的粒子时，它们会形成一团，沿着喷流缓慢移动
当团块向外传播时，我们可以先在“无线电蓝”中检测到它，然后在“无线电红”中检测到它
因此，我们可能正在探测缓慢穿过太空的巨大黑洞
现在去哪里？ 这是我们第一次拥有在多种无线电颜色上进行大规模可变性调查的技术能力
结果表明，我们对射电天空的理解是缺乏的，也许射电星系比我们预期的更有活力
随着下一代望远镜的上线，特别是平方公里阵列，天文学家将会建立一个多年的动态天空图像
与此同时，值得观察这些行为怪异的射电星系，并特别密切地关注跳跃的婴儿
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