天文学家在附近的星系团中发现了1.74亿年前的“宇宙幽灵” _星系团

210 MHz蛇夫座化石射电瓣的uGMRT高分辨率图像。来源：《天体物理学杂志》（2025）。DOI:10.3847/1538-4357/adef4a
据今日科学新闻：当我们仰望夜空时，我们看到星星像钻石一样闪闪发光，散落在天鹅绒般的黑暗中。但宇宙的声音超出了我们的眼睛所能感知的范围。它在无线电波中嗡嗡作响，噼啪作响，人类看不见，但充满了秘密。有了合适的仪器，天文学家可以调谐到宇宙中的这些低语，并发现用辐射写成的古老故事。
蛇夫座星系团就是这样一个故事，它是一个距离我们约3.9亿光年的巨大星系群。最近，天文学家利用印度强大的升级版巨型米波射电望远镜（uGMRT）仔细聆听了这个星团的射电歌曲。他们发现的东西令人难忘且美丽——一个巨大的化石无线电波瓣，是很久以前宇宙活动的幽灵遗迹，现在在太空深处微弱发光。
什么是化石射电瓣？
想象一个有着不安分的心的星系。它的核心是一个超大质量黑洞，质量比太阳大数百万到数十亿倍。有时，这些巨人会醒来，以螺旋式进入其引力控制的物质为食。当它们这样做时，它们会释放出巨大的能量射流，从星系中心射出，在星系间空间爆炸。这些喷流形成了巨大的无线电发射气泡，这些气泡以接近光速的速度沿着磁场旋转的电子同步辐射发光。
但当黑洞安静下来时会发生什么？喷气式飞机停止了，但叶片仍然存在，像火灾后的烟雾一样慢慢消失。这些是化石无线电波瓣：巨大的、幽灵般的微弱发射区域，漂浮在星系团的边缘。它们是更早、更暴力时代的遗迹，告诉我们星系的生命周期及其中心引擎。
蛇夫座星系团：离家不远的巨像
蛇夫座星系团是附近宇宙中质量最大的星系团之一。蛇夫座以其所在的星座命名，被称为“蛇座”，是一个宇宙重量级天体，包含数千个被引力束缚在一起的星系，充满了热等离子体，并穿插着看不见的暗物质。
天文学家已经发现蛇夫座有一个巨大的射电气泡，很可能是化石叶。但它的属性是不确定的，就像试图在黑暗的画廊里瞥见一幅褪色的画。为了更清楚地了解这一宇宙遗迹，美国海军研究实验室的Simona Giacintucci领导的研究人员决定以前所未有的灵敏度对其进行观测。
使用升级的GMRT收听
位于印度的巨型米波射电望远镜是世界上研究射电宇宙的主要仪器之一。它有30个巨大的天线，分布在25公里外，能够探测到微弱的信号，否则这些信号会消失在宇宙的寂静中。其最近的升级（uGMRT）使其功能更加强大，能够更清晰地探测新的频率范围。
Giacintucci的团队使用uGMRT在两个关键频段观察蛇夫座：125-250 MHz和300-500 MHz 。这些低频特别适合探测微弱的、古老的无线电发射——很久以前宇宙事件的回声。他们发现的不仅仅是确认该叶的存在。这揭示了隐藏的复杂性。
充满结构的化石射电瓣
新的图像使天文学家能够将化石射电瓣的微弱光芒追踪到距离星团中心近2700光年的地方。仅这一点就令人印象深刻，但细节更令人惊讶。
波瓣显示出复杂的空间结构，而不是均匀的发射云。细长的细丝横跨其上，有些宽16000至33000光年，长数十万光年。想象一下，一股宇宙丝绸穿过一个巨大的褪色气泡。这些细丝不仅在视觉上引人注目；他们的光谱提供了重要线索。
细丝显示出非常陡峭的光谱指数，这意味着它们的发射强度在较高频率下急剧下降。这种陡度表明，产生辐射的电子非常古老，它们的能量被数百万年的辐射冷却所消耗。它们可能是磁场被湍流拉伸和纠缠的区域，加速了它们的辐射衰减，就像蜡烛在风中燃烧得更快一样。
长期排放之谜
最有趣的发现之一来自化石叶最亮的区域，靠近星团的心脏。它的光谱显示出“光谱断裂” ，这是一种当高能电子随着时间的推移失去大部分能量时发生的特征。通过分析这一中断，该团队估计了该叶的辐射冷却年龄：约1.74亿年。
这个数字很有分量。这意味着负责这种发射的电子已经衰落了近2亿年，但它们仍然可以被检测到。理论上，这种古老的无线电波瓣应该已经变暗，变得不可见。那么，为什么我们还能看到蛇夫座的鬼魂呢？
这个问题仍然没有答案。也许气泡内的细丝和湍流有助于为电子重新充电，使它们的发光时间比预期的要长得多。也许集群本身的环境保留了遗迹的排放，就像保护古代文物的坟墓一样。不管怎样，蛇夫座的化石叶都不会被遗忘。
为什么这一发现很重要
乍一看，研究微弱的无线电波瓣似乎是一种小众的追求。但这样的发现会向外传播，重塑我们对宇宙的理解。化石射电波瓣是宇宙物理学的天然实验室。它们告诉我们星系的生命周期、磁场的行为，以及黑洞在愤怒消退很久之后影响周围环境的方式。
在蛇夫座这样的星系团中，这些遗迹甚至可能在加热周围的等离子体、调节恒星形成和塑造星系团本身的演化方面发挥作用。它们提醒我们，即使在创造的引擎变得安静之后，它们的回声依然存在，影响着宇宙亿万年。
宇宙海中的幽灵
化石无线电波瓣中有一首令人难忘的诗。它们是宇宙的幽灵，是曾经以难以想象的力量肆虐的黑洞的残影。它们在太空中漂?。⑷醯志茫?就像大火灰烬中燃烧的余烬。蛇夫座叶状结构以其精致的细丝和惊人的年龄向我们表明，宇宙对其记忆的保留时间远远超过我们的预期。
通过仔细聆听无线电波的低语，天文学家发现了一个这样的记忆——一个近2亿年前的遗迹，仍然在虚空中微弱发光。每一次这样的发现都提醒我们，宇宙不仅广阔而充满活力，而且历史悠久，即使是黑洞的沉默也从未真正沉默过。