中國天文學家在高紅移射電星系研究方面取得新進展

中國科學院上海天文台安濤研究員牽頭國際研究團隊，利用甚長基線干涉測量（Very Long Baseline Interferometry，簡稱 VLBI）技術對高紅移射電星系FIRST J160608.5+312446（簡稱 J1606+3124）進行觀測研究，發現它是一個緻密對稱源（compact symmetric object），也就是說，它是一顆年輕的射電源，是處於嬰兒時期的大尺寸雙瓣射電源。

高紅移射電星系（HzRG, z大於4.5）是宇宙中質量最大的一類星系，紅移越高，表明它越接近宇宙初生的早期形態。因此，對高紅移射電星系的研究可以揭露大質量橢圓星系中活動星系核（active galactic nuclei）的活動以及宇宙中星系團的組合和演變。接近宇宙再電離末期的活動星系核是研究早期宇宙中黑洞活躍的觸發機制和噴流對宿主星系環境的反饋的重要目標。

長期以來，尋找高紅移活動星系核的技術挑戰主要是難以獲得高紅移天體的光譜紅移。 在高紅移活動星系核的宿主星系中，大量的氣體和塵埃掩蓋了中心活動星系核的輻射，使觀測變得十分困難，導致只有少數高紅移射電星系（z大於4.5）觀測到。

上海天文台的安濤研究員團隊使用甚長基線干涉測量技術對高紅移射電星系J1606+3124進行觀測研究。甚長基線干涉測量技術所使用的無線電波不會受到塵埃遮擋，可以探測到遙遠的活動星系核的核區，且甚長基線干涉測量技術能夠以毫角秒級的分辨率對射電噴流進行成像，對於研究活動星系核活動和噴流反饋至關重要。研究團隊獲得J1606+3124在8.4GHz的高分辨率圖像，一個尺度達到220光年大小的長條形射電結構（上圖），沿著南北方向分解為三個成分。

J1606+3124的射電特性包括邊緣增亮的形態、峰值在GHz頻率的射電譜、緩慢的光變和低噴流速度。 根據其射電結構的大小和兩個熱斑的膨脹率判斷，J1606+3124是一個年輕的（運動學年齡約3,600年）射電源。 而這些特性，均符合緻密對稱源的定義（一類年輕的射電源，是處於嬰兒時期的大尺寸雙瓣射電源）。因此，研究團隊認為J1606+3124是緻密對稱源天體。

結合紅外觀測數據，研究團隊發現J1606+3124處在一個氣體和塵埃都很豐富的主星系環境中，它的周圍稠密的星際介質可能阻礙噴流的生長，使到它的噴流在與周圍星際介質的碰撞中失去了一部分動能，並轉化為輻射，成為一顆明亮的射電源。

安濤研究員表示：「即使在宿主星系存在大量氣體形成的障礙的情況下，我們依然能夠觀測到J1606+3124的高射電光度和溫和相對論性噴流，如果它的黑洞活動能夠持續相當長的時間，它仍然有機會成長為一個大尺寸的雙瓣射電星系。如果它的紅移和星系分類能夠進一步的光學光譜觀測所證實，J1606+3124將是至今為止已知的紅移最高的緻密對稱源星系。」同時他展望道：「目前對遙遠天體的射電觀測只能探測到特別明亮的活動星系核和接近吸積率極限的大質量黑洞。下一代超級射電望遠鏡，如平方公里陣列（Square Kilometre Array）射電望遠鏡和下一代甚大陣列（next-generation Very Large Array），有望探測到大量的暗弱的高紅移射電源，這對於完善我們對早期宇宙中超大質量黑洞和星系的共同演化的理解至關重要。」

【圖、文：節錄自中國科學院上海天文台網頁；新聞資訊由林景明提供】研究全文刊登在2022年1月27日出版的英國《皇家天文學會月報》；標題是：A compact symmetric radio source born at one-tenth the current age of the Universe