高達(dá)30%光速的紫外風(fēng)揭示宇宙最強(qiáng)能量引擎

一支由約克大學(xué)領(lǐng)銜的國(guó)際天文學(xué)團(tuán)隊(duì)近日?qǐng)?bào)告稱，他們?cè)谝活w遙遠(yuǎn)類星體附近發(fā)現(xiàn)了迄今觀測(cè)到速度最快的紫外波段黑洞風(fēng)，氣體外流速度高達(dá)光速的約30%，刷新了紫外類星體風(fēng)的觀測(cè)紀(jì)錄，為理解超大質(zhì)量黑洞與宿主星系之間的劇烈相互作用提供了前所未有的線索。

研究顯示，這股來自類星體 J2318 的外流不僅速度驚人，而且在極強(qiáng)輻射環(huán)境下依然保留可見的化學(xué)指紋，令理論界難以解釋其如何在加速至相對(duì)論速度的同時(shí)保持可觀測(cè)性。

據(jù)介紹，J2318 位于飛馬座“大四方”區(qū)域，是一顆典型的類星體，其中心黑洞質(zhì)量約為太陽(yáng)的17億倍，但真正非同尋常的是其向地球方向噴射的氣體風(fēng)，以約30%光速掠過宇宙空間。團(tuán)隊(duì)成員、約克大學(xué)教授帕特里克·霍爾表示，在類星體中看到由輻射推動(dòng)的氣體風(fēng)并不罕見，但在紫外波段觀測(cè)到如此高速度的外流前所未有，使 J2318 成為當(dāng)前紫外類星體風(fēng)記錄中“最快的一員”。

研究第一作者盧卡斯·西頓指出，如果用地球天氣作類比，這股氣體風(fēng)的“風(fēng)級(jí)”相當(dāng)于“79級(jí)颶風(fēng)”，每提升一個(gè)“級(jí)別”風(fēng)速約增加20%，這一形象比喻突顯其極端速度與破壞性。盡管在X射線波段曾發(fā)現(xiàn)過速度更高的外流，J2318 仍在紫外觀測(cè)中保持紀(jì)錄，其極高亮度和強(qiáng)烈輻射使其成為研究黑洞活動(dòng)與星系演化關(guān)系的理想實(shí)驗(yàn)室。

此次發(fā)現(xiàn)也暴露出一個(gè)重要物理難題：推動(dòng)氣體加速至如此高速度的，正是類星體本身釋放的巨大光子流，但同樣的輻射會(huì)剝離原子中的電子，使碳、硅等元素的離子失去可識(shí)別的光譜特征。然而在 J2318 的光譜中，研究人員清晰看到了以相對(duì)論速度運(yùn)動(dòng)的碳、硅離子吸收線，這意味著氣體在強(qiáng)輻射加速過程中仍保留了部分電子，為現(xiàn)有理論提出了“如何在不使氣體完全電離的情況下將其加速到30%光速”的新挑戰(zhàn)。

這項(xiàng)紀(jì)錄級(jí)外流并非源自全新觀測(cè)計(jì)劃，而是從長(zhǎng)期積累的斯隆數(shù)字巡天（SDSS）數(shù)據(jù)中“淘”出來的。約克大學(xué)學(xué)生瑪麗安娜·維爾特里在本科階段即識(shí)別出 J2318 的異常光譜特征，隨后霍爾利用由本科生朱則舟開發(fā)的軟件進(jìn)一步分析，確認(rèn)其具有罕見的高速外流信號(hào)，并迅速申請(qǐng)使用位于夏威夷的8米口徑弗雷德里克·C·吉利特雙子北望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行跟蹤觀測(cè)，最終證實(shí)了其創(chuàng)紀(jì)錄的風(fēng)速。

霍爾解釋說，類似彩虹將太陽(yáng)光分解為不同顏色，斯隆巡天的光譜儀則將恒星、星系和類星體的光分解為詳細(xì)的光譜，從中可以識(shí)別出異常目標(biāo)。他強(qiáng)調(diào)，大型巡天項(xiàng)目和現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理工具正在改變發(fā)現(xiàn)模式，以往只有博士或研究生才可能做出的發(fā)現(xiàn)，如今本科生也能在海量光譜數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)新的極端天體，為天體物理研究注入新生力量。

研究團(tuán)隊(duì)指出，類星體風(fēng)的意義遠(yuǎn)超單個(gè)黑洞本身。越來越多證據(jù)顯示，黑洞強(qiáng)風(fēng)可通過加熱星系氣體、抑制或觸發(fā)恒星形成、在巨大尺度上重新分配物質(zhì)，從而在星系演化中扮演關(guān)鍵角色。合著作者、華盛頓大學(xué)博瑟爾分校研究人員葆拉·羅德里格斯·伊達(dá)爾戈表示，這類極端外流可能是長(zhǎng)期以來理論模型中“黑洞反饋”與星系整體演化之間缺失的一環(huán)，雖然相關(guān)過程已被納入星系形成模擬多年，但要通過觀測(cè)精確約束并校正這些模型，仍需大量工作。

目前，團(tuán)隊(duì)正嘗試在不同距離和不同時(shí)期的宇宙中繼續(xù)尋找類似甚至更快的紫外外流，但像 J2318 這樣的系統(tǒng)似乎極為罕見，即便在數(shù)十年的觀測(cè)數(shù)據(jù)中，也鮮見能在速度上與之匹敵的對(duì)象。盡管如此，每發(fā)現(xiàn)一例此類極端類星體風(fēng)，都會(huì)幫助科學(xué)家進(jìn)一步逼近超大質(zhì)量黑洞可達(dá)極限，并厘清這些“宇宙引擎”如何在數(shù)十億年時(shí)間尺度上塑造其所在星系的命運(yùn)。

研究論文題為《快與狠家族的新成員：一顆高亮度類星體中的相對(duì)論且時(shí)間可變紫外外流》，已于2026年6月4日發(fā)表于《天體物理學(xué)雜志》，為未來相關(guān)理論與數(shù)值模擬提供了關(guān)鍵觀測(cè)基準(zhǔn)。正如合著者莉莉安娜·弗洛雷斯所言，要在紫外波段找到比 J2318 更快的外流并不容易，但團(tuán)隊(duì)將持續(xù)從近鄰宇宙直至可觀測(cè)宇宙深處開展搜索，以期進(jìn)一步拓展人類對(duì)黑洞及其巨大影響力的認(rèn)識(shí)。