天文学中的奇怪无线电圆圈之谜 | Discover Magazine

2019年，天文学家在绘制宇宙中最古老星系的无线电信号图时，发现了一些奇怪的东西——一个巨大的、微弱的圆形盘面，边缘明亮，直径约一角分。一角分相当于从近一公里外看一个足球的宽度。

在天文学中，圆形相对常见。它们通常是由球形天体产生的，比如超新星，或者正面看到的恒星形成星系。然而，这个天体与以往任何发现都不同。

首先，它非常巨大，比它所在的星系大很多倍，甚至包含了几个其他星系。它也很微弱，这就是为什么天文学家以前从未见过它的原因。

由澳大利亚西悉尼大学的Ray Norris领导的团队，正在使用一种名为“澳大利亚平方公里阵列巡天望远镜（ASKAP）”的新型射电望远镜，该望远镜提供了前所未有的分辨率。事实上，该小组立即在同一数据集中发现了几个其他例子。

Norris及其同事将这些奇特的天体命名为“奇怪的无线电圆圈”（Odd Radio Circles），简称ORCs，这一发现引起了射电天文学家的兴奋。然而，显而易见的问题——是什么导致了奇怪的无线电圆圈——仍然没有得到解答。为此，需要更详细的观测。

现在，Norris及其同事利用南非更强大的射电望远镜阵列MeerKAT进行了更详细的观测。新的图像揭示了奇怪的无线电圆圈内部结构，并终于帮助天文学家缩小了潜在的解释范围。

ASKAP由36个12米直径的碟形天线组成，而MeerKAT的天线数量是ASKAP的两倍，其成像分辨率约为ASKAP的两倍。由此产生的图像显示了显著更多的细节，例如圆圈内的弧形结构和一些结状特征。数据还显示，圆圈中心的星系本身也在发出无线电波。

Norris及其同事表示，证据表明这些特征可能由三种机制之一引起。第一种是中心星系可能向相反方向发射两个无线电喷流，从地球上看，这些喷流呈现端面视图，并且略有位移。这将给人一种带有某些内部结构的圆形印象。

然而，活动星系核的喷流往往是不均匀的。“因此，需要一种额外的机制来产生ORC中看到的、具有明确窄边沿的、 remarkable 的圆形环，” Norris及其同事说。

另一种可能性是，中心星系正处于剧烈的恒星形成活动之中，这些活动产生了向外流动的超强风。当这些风减速到亚声速以下时，它们会形成一个球形的末端激波，并产生同步辐射。从地球上看，一个球形也会产生一个更亮的外部圆环。

还有最后一种选择。“也许最明显的解释是，同步辐射的球形壳源自宿主星系中的一次灾难性事件，例如两个超大质量黑洞的合并，” Norris及其同事说。“由此产生的冲击波会加速星系际介质中的电子，从而形成一个球形的无线电辐射泡。”

内部结构

气泡的内部结构可能源于这个冲击波与现在位于其内部的其他星系相互作用的方式。

因此，目前，这个谜团仍未解决。天文学家需要更详细的观测来确定奇怪的无线电圆圈究竟是由什么引起的。

这些观测可能在不久的将来就会到来。ASKAP和MeerKAT都是平方公里阵列（Square Kilometre Array）的技术演示项目，该项目将由澳大利亚、南非和其他地方数千个碟形天线组成的跨大陆射电望远镜组成。当它在本十年晚些时候投入使用时，其成像分辨率将比以往任何时候都高出五十倍。

射电天文学的黄金时代即将来临，有望发现各种各样奇特的新天体。奇怪的无线电圆圈只是个开始。

参考：MeerKAT揭示了奇怪无线电圆圈的物理学：arxiv.org/abs/2203.10669