天文学家有一个一直以来的疑问:为什么有些射电星系拥有巨大的瓣状结构,而另一些射电星系的双瓣结构体积却十分有限?现有两种理论对这个问题作出了解释。其中一种理论认为粒子喷流受到了黑洞周围密集的物质的阻挡,从而形成了体积相对较小的“受挫瓣”。
然而,这种现象的一些细节仍然是未知的。我们目前还不清楚这些瓣状结构是否只是暂时被它周围体积小而密度极高的环境给困住了,还是说它们正缓慢地穿过一个更大而密度较小的空间。
另一种理论给出的解释是小体积的瓣状结构是粒子喷流还未完全扩散至更远距离时的早期表现。
红色的老年星系与蓝色的新生星系
无论一个射电星系的年龄是大是小,我们都可以通过现代射电天文学的巧妙运用来辨别——观察它们的“射电颜色”。
我们查看了默奇森大射电阵(Murchison Widefield Array, MWA)的银河系以及河外星系GLEAM全天巡视数据,这些数据展示了20种不同无线电频率下的天空,为天文学家提供了一幅前所未有的天空射电图像。
在射电图像中,新生的射电星系将呈现蓝色,这意味着它们在射电频率越高时亮度越高。与此同时,一些年纪较大或濒临死亡的射电星系会呈现红色,即意味着它们在射电频率较低时更为明亮。
过去我们已经发现了554个新生射电星系。但当我们将时隔一年拍摄的相同数据和图像进行对比时,我们惊讶地发现其中有123颗的亮度在反复波动,仿佛是这些星系在闪烁一般。这成为了我们心中的一个谜题。
大小在一光年以上的物体不可能在不到一年的时间内亮度发生如此大的变化,而不违背任何物理定律。所以,要么是因为我们找到的星系远比预期的小,要么就是发生了其他事情。
幸运的是,我们有找到答案所需要的数据。
过去对射电星系变化特征的研究通常是针对少量星系,或使用从多架不同望远镜收集的档案数据,抑或是仅在单一频率下进行的。
在我们的研究中,我们在一年内通过多种射电频率观测了21000个以上的星系。这是首次“光谱变化”观测,使我们能够看到星系在不同频率下的亮度是如何变化的。
一些不断波动的年轻的射电星系在一年的时间里发生了翻天覆地的变化,以至于我们怀疑它们根本就像婴儿一样,也有可能这些致密的射电星系其实是正值青春期的少年,正在以远比我们想象更快的速度长大成人。
虽然大多数可变星系的亮度在不同射电颜色上的增减幅度大致相同,但也有一些特立独行的星系存在。此外,还有51个星系在亮度和颜色上同时发生了变化,这也许是造成这种特征的一个线索。
成因的三种可能
闪烁的星系
来自恒星的光线穿过地球大气层时会发生扭曲,这就产生了我们在夜空中看到的星星闪烁的效果,我们称之为“闪烁”(scintillation)。在本次观测中,射电星系发出的光线穿过银河系之后,才到达了我们地球上的望远镜。
因此,我们星系中的气体和尘埃可能以同样的方式使光线发生了扭曲,从而产生了闪烁的效果。