一个庞大星系中的四代喷流
一个跨度约420万光年的星系，保留了其中心超大质量黑洞四次独立活动的证据，为天文学家提供了一段异常漫长的记录，展现了这台宇宙引擎如何关闭并重新启动。
印度科学教育与研究学院浦那分校（IISER Pune）和国家射电天体物理中心（NCRA-TIFR）的研究人员，在S形星系J023721.13-010528.5中发现了四对明亮的射电特征。每一对都对应一代不同的喷流。喷流是从黑洞周围区域喷出的高能粒子流，威力强大。
研究团队称，这是已知首个显示出四次此类活动证据的射电星系。在天文学家研究过的数万个射电星系中，大多数只显示出一段主要喷流活动期。此前仅有六个星系被发现具有三次活动的证据。
这项研究由IISER Pune博士生帕万·卡德卡尔（Pavan Khadekar）牵头，在NCRA-TIFR的达拉姆·维尔·拉尔（Dharam Vir Lal）和IISER Pune的拉马纳·阿特雷亚（Ramana Athreya）指导下完成。研究结果据报于2026年10月21日发表于《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）。
什么是黑洞活动周期？
超大质量黑洞的质量可达太阳的数百万倍甚至数十亿倍。聚集在其周围的物质可以形成炽热的旋转流。黑洞周边区域释放的部分能量，能够驱动喷流，使其延伸至宿主星系可见主体之外很远的地方。
当天文学家发现与这类活动相关的结构在射电波段发出强烈辐射时，就会将该星系称为射电星系。射电望远镜能够探测到这些辐射，揭示普通可见光照片可能无法捕捉的特征。
喷流可能持续活动数百万年，随后逐渐减弱。之后再次启动时，新的喷流可能会在较老的结构仍能从更远处被探测到时形成。因此，一个星系可以同时保留多代活动的痕迹，就像一片地貌上的连续印记记录着不同时期发生的事件。
对于J023721.13-010528.5而言，核心发现是同一系统中存在四代喷流。黑洞在这些活动阶段始终位于原处；发生变化的是与周围物质相关的活动，以及由此驱动的喷流。
研究团队如何重建星系的历史
卡德卡尔及其同事结合了印度巨米波射电望远镜（GMRT）、美国甚大天线阵（Very Large Array）和南非MeerKAT望远镜的观测数据。这些观测让团队得以研究该星系广阔的射电结构，并区分与不同时期活动相关的特征。
关键证据是四对热点。热点是与喷流相关的明亮区域，通常位于高速流将能量传递给周围物质的地方。这些区域有助于天文学家追踪喷流的传播路径及其与周围环境的相互作用。
四对热点意味着八个明亮区域，分为四组相互关联的结构。成对出现很重要，因为喷流通常从中心区域向相反方向喷出。研究人员将这四组结构解读为不同代喷流的证据，而非同一段持续活动。
尽管拉尔坚持认为该星系已进入第四个活动阶段，阿特雷亚最初并不确信。他表示，团队花了一段时间才提取出有说服力的证据。这一审慎核查对研究发现至关重要：要确认第四代喷流，团队必须弄清观测到的结构如何相互关联。
以百万年计量的历史
与这些热点世代相关的估计年龄约为600万至2100万年。研究人员还推测，最近一次活动始于数百万年前。这些估算是根据该星系的射电辐射重建出的历史，而非人类一生中能够亲眼观察到的变化。
大致时间顺序如下：
- 约2100万年前：观测到的喷流世代估计年龄范围中较早的一端。
- 约600万年前：这一估计年龄范围中较晚的一端。
- 数百万年前：第四次、也是最近一次活动阶段大致开始的时间。
- 2026年10月21日：研究结果据报发表于《天体物理学杂志》的日期。
引用的年龄范围早晚相差约1500万年。这体现了观测记录的时间跨度，不过研究人员尚未给出每次重新启动的完整时间表，也没有说明各次活动之间的静默期有多长。
天文学家通过射电结构的物理性质及其演化模型来估算年龄。高能粒子在辐射和传播过程中会发生变化，并在射电信号中留下线索。由此得到的年龄属于估算值，因此这一活动序列应放在数百万年的尺度上理解。
四次活动为何让这个星系与众不同
J023721.13-010528.5为一种天文学家鲜少能够追踪到三次活动的历史增添了第四章。此前发现的六个具有三次活动证据的星系，展示了活动反复发生的实例；这个星系则将观测到的序列再延长了一代。
该星系的尺度让这段记录尤其引人注目。光年是光在一年中传播的距离，因此跨度420万光年意味着光穿越这段距离需要约420万年。这里所说的尺度，指的是这座庞大星系及其射电结构。
其S形外观也是观测到的几何特征之一。研究将这种形态与多对热点一并列出，但发现报告并未确定曲线形成的原因。解释这种形态与重建活动周期彼此相关，都需要仔细分析射电特征的排列方式。
这项研究的科学价值，在于同一中心引擎周围保留了多个先后发生的活动阶段。研究人员可以在同一个星系中比较这些世代，它们共享同一宿主星系和周围环境，而不必完全依赖不同天体之间的比较。
喷流是否正在变弱或变短？
研究人员认为，随着活动阶段一次次发生，喷流可能会逐渐失去能量、持续时间缩短，或者两种情况同时出现。与只有一次可见重启的星系相比，四代喷流为研究这种可能性提供了更多观察机会。
功率和持续时间描述的是不同方面。功率较弱的喷流传递能量的速率较低；持续时间较短的活动阶段则意味着能量输出的时间较短。任何一种变化都可能改变留下的结构，而周围气体也会影响喷流的扩展和消散方式。
因此，这一推测涉及黑洞的能量输出在多次活动中可能发生的变化。这项发现为研究人员提供了一个可用于探索这种模式的系统，其中既有较古老的遗迹，也有较新的结构可供比较。
活动为何反复停止并恢复，目前仍不清楚。抵达中心区域的物质为驱动喷流提供能量，因此物质供给的变化与理解这一周期有关。要弄清这个特定星系中发生了什么，还需要进一步研究其射电结构和周围环境。
三座天文台，共同记录一段历史
这项发现汇集了来自三大洲设备的观测数据。不同的射电观测有助于研究人员同时考察明亮、紧致的特征和微弱、延展的辐射。对于一座具有多代活动的星系而言，找出这些较古老的痕迹对重建其历史至关重要。
牵头开展这项研究的IISER Pune博士研究生卡德卡尔谈到，获取天文台数据如何支持这项研究：
“许多射电望远镜都会向全球研究人员免费提供数据。天文台秉持的这种合作理念有助于开展更全面的研究，也能更高效地利用数据；不同科学家可以使用同一批观测数据，探索不同的想法。”卡德卡尔说。
GMRT、甚大天线阵和MeerKAT的观测数据相结合，体现了这种做法。为一项研究收集的射电观测，也可能包含对另一项研究有用的证据；当这些数据与其他观测结果结合起来考察时，微弱结构的重要性也可能显现出来。
对类似星系开展进一步研究，有助于确定活动反复发生的频率，以及较晚形成的喷流是否通常会变弱或缩短。目前，J023721.13-010528.5提供了一个罕见案例，其中有四代喷流可供研究，使观测到的黑洞活动反复发生史超越了此前已知的实例。
要点
- IISER Pune和NCRA-TIFR的研究人员发现了首个具有四次独立黑洞活动证据的已知射电星系。
- S形星系J023721.13-010528.5跨度约420万光年。
- 四对热点勾勒出不同世代的喷流，估计年龄约为600万至2100万年。
- 最近一次活动似乎始于数百万年前。
- 研究团队结合了印度GMRT、美国甚大天线阵和南非MeerKAT望远镜的观测数据。
- 研究人员认为，后续喷流可能会变弱或持续时间缩短。活动反复停止并重启的原因仍不清楚。
