LOFAR巡天绘制1370万个宇宙天体分布图

不可见宇宙的新地图

天文学家公布了一项规模庞大的观测计划的成果，从根本上改变了我们对宇宙的认知。国际研究团队利用低频阵列（LOFAR）——一个遍布欧洲、由数千根射电天线组成的网络——编录了1370万个射电源，创下有史以来最大规模天空射电巡天纪录。

此次巡天捕捉到种类繁多的宇宙现象：超大质量黑洞将等离子体喷流射入数百万光年外的星系际空间；正在并合的星系；古老超新星爆炸留下的幽灵般遗迹；以及整个星系团因引力势阱中被加热的气体发出射电辐射而微微闪光。

这一成就尤为引人注目之处在于其频率范围。LOFAR工作于120至168兆赫兹的极低射电频率——这些波长所揭示的物理过程，光学望远镜乃至更高频率的射电天线几乎无法探测。在这些频率下，电子在磁场中螺旋运动产生的同步辐射令天空熠熠生辉，为研究宇宙磁场和高能粒子加速提供了直接探针。

与拥有单个大型碟形天线的传统射电望远镜不同，LOFAR通过干涉测量技术实现卓越灵敏度——将分布于荷兰及德国、法国、英国、瑞典、波兰、爱尔兰、拉脱维亚和意大利合作站的数千根小型低成本天线的信号合并处理。最长基线超过2000公里，赋予阵列媲美空间望远镜的角分辨率。

阵列核心位于荷兰东北部一处名为Drentse Aa的偏远地区，该地因射频干扰水平异常低而被选中。数据以堪比全球最大粒子物理实验的速率从这里传输，需要专用超算设施将原始信号处理为天图。

LOFAR每次指向可捕捉跨度达数度的视场——远宽于典型射电望远镜——使巡天能够高效覆盖整个北天球。由此产生的数据集包含拍字节级的信息量，将令天文学家忙碌数年。

巡天最引人瞩目的发现之一是数百万个活动星系核（AGN）——这些星系中存在正在吞噬周围物质的超大质量黑洞。当物质螺旋落入黑洞时，会产生可延伸至宿主星系之外的双喷流相对论性等离子体。

LOFAR的低频灵敏度尤其适合探测最古老、延伸最广的喷流结构。高频射电辐射随电子能量损耗而相对迅速衰减，但低频辉光持续时间更长，揭示了记录数亿年黑洞活动的化石喷流和射电瓣。巡天发现了数千个此前未知的巨型射电星系，部分结构横跨数百万光年。

这些观测对于理解超大质量黑洞如何影响其宿主星系及更广泛的宇宙环境至关重要。AGN喷流所释放的能量被认为可调节大质量星系中的恒星形成，并加热星系团中的气体，使其成为宇宙结构演化的关键角色。

此次巡天还提供了前所未有的星系并合普查。当星系碰撞时，随之而来的引力混乱可触发恒星形成爆发，并将气体导入中心黑洞，点燃AGN活动。LOFAR能够探测与这两个过程相关的射电辐射，使其成为研究星系相互作用如何塑造宇宙格局的理想工具。

尤为令人振奋的是对星系团本身射电辐射的探测。被困于这些巨型结构中的热气体——宇宙中引力束缚最大的天体——产生被称为射电晕和射电遗迹的弥散射电辐射。这些特征追踪星系团并合期间产生的激波和湍流，其释放的能量仅次于大爆炸本身。

新巡天大幅扩充了已知星系团射电源的数量，为在宇宙最大结构中运作的磁场和粒子加速机制提供了新的约束。

在离我们更近的地方，巡天在银河系内编录了数千个超新星遗迹。这些来自爆炸恒星的膨胀碎屑壳层是宇宙射线的主要来源——即不断轰击地球大气层的高能粒子。通过绘制低频射电辐射图，LOFAR提供了有关银河磁场强度与结构，以及将粒子加速至接近光速的机制的新信息。

巡天还探测到此前未知遗迹的射电辐射，扩充了这些重要天体的目录，帮助天文学家更好地了解银河系内恒星爆炸的频率和分布。

本次发布仅为LOFAR巡天关键科学项目的第二次重要数据发布。未来的发布将更深入、覆盖更多天区，最终目标是对欧洲可见的低频射电天空进行完整普查。与此同时，正在澳大利亚和南非建设中的平方公里阵列（SKA）将以更高灵敏度将此类巡天扩展至整个天空。

就目前而言，这份收录1370万个射电源的星表是现代射电天文学成就的丰碑。它不仅仅是一张地图——更是一种观察宇宙的全新方式，揭示了在数十亿年宇宙历史中塑造星系和宇宙网络的剧烈、磁性与高能过程。

本文基于Space.com的报道。阅读原文。