摘要：有时，星系的超大质量黑洞会因气体和尘埃的突然涌入而“醒来”，这些气体和尘埃很可能来自邻近星系。它开始吞噬大量附近的气体和尘埃。这不是一个平静、缓慢或被动的过程。当黑洞吸入物质时，物质会升温到数百万度，远高于太阳表面温度，并以接近光速的速度从星系中喷出。这会产生

几乎每个大星系的中心都有一个超大质量黑洞，包括我们的银河系（它被称为人马座 A*）。超大质量黑洞是宇宙中最致密的物体，质量可达太阳的数十亿倍。

有时，星系的超大质量黑洞会因气体和尘埃的突然涌入而“醒来”，这些气体和尘埃很可能来自邻近星系。它开始吞噬大量附近的气体和尘埃。这不是一个平静、缓慢或被动的过程。当黑洞吸入物质时，物质会升温到数百万度，远高于太阳表面温度，并以接近光速的速度从星系中喷出。这会产生强大的喷流，看起来像宇宙中的喷泉。

加速的高速等离子体物质促使这些“喷泉”发出只有非常强大的射电望远镜才能探测到的无线电信号。这让它们得名：射电星系。虽然黑洞很常见，但射电星系却并不常见。只有 10% 到 20% 的星系会出现这种现象。

巨型射电星系则更加罕见。它们仅占所有射电星系的 5%，因延伸范围巨大而得名。一些射电星系的喷流可延伸至近 1600 万光年。（这几乎是银河系和仙女座星系之间距离的六倍。）目前发现的最大喷流横跨近 2200 万光年。

但这些结构如何覆盖如此巨大的距离呢？为了找到答案，我领导了一项研究，利用现代超级计算机开发模型，模拟模拟宇宙中巨型宇宙喷流的行为，这些模型是基于宇宙的基本物理定律构建的。

这使我们能够观察到射电喷流在数亿年内如何传播——这一过程在现实宇宙中是无法直接追踪的。这些复杂的模拟为射电星系的生命周期提供了更深入的见解，突出了它们早期紧凑阶段与后期膨胀阶段之间的差异。

了解射电星系的演化有助于我们揭示塑造宇宙的更广泛的过程。

超级计算

尖端技术是这项研究的关键。

南非的 MeerKAT 和荷兰的LOFAR等世界一流射电望远镜的灵敏观测最近导致了几次宇宙喷泉的发现。

然而，模拟它们的起源却极具挑战性。实时追踪数百万年来的事件是不可能的。

超级计算机就是为此而生的。这些高性能计算系统旨在处理大量数据。它们可以以惊人的速度执行复杂的模拟。在这项研究中，它们的能力对于模拟数百万年来巨型射电喷流的演变至关重要。

必要的超级计算能力由南非大学间数据天文学研究所提供，该研究所由比勒陀利亚大学、开普敦大学和西开普大学组成。

我们的宇宙受引力等基本力的支配，这些力可以通过数学公式来描述。这些公式本质上是数字，被输入超级计算机，以创建一个模拟的“模拟宇宙”，它遵循与真实宇宙相同的物理定律。这使得科学家能够试验超大质量黑洞的喷流如何随时间演变。凭借其巨大的处理能力，超级计算机可以在短短一个月内模拟数百万年的宇宙喷流演变。

引力是宇宙中的主要力量，它牵引较重的物质并拖拽附近较轻的物质。如果引力是唯一起作用的力量，宇宙现在可能已经坍缩了。然而，我们看到星系、星系团甚至生命本身都在蓬勃发展。我们怀疑这些宇宙喷泉在解开这一切如何发生的谜团中起着关键作用。

通过释放热能和机械能，它们加热周围坍缩的气体，抵消重力并维持维持宇宙结构的平衡。

我们的模型还解释了为什么一些射电星系的喷流会急剧弯曲，在无线电波中形成“X”形而不是遵循直线轨迹，并揭示了巨型喷泉即使在密集的宇宙环境中（即在星系团中）也能继续生长的条件。

这项研究还表明，从统计学上讲，巨型射电星系可能比以前认为的更常见。可能有数千个巨型宇宙喷泉未被发现。得益于 MeerKAT 和 LOFAR 等世界级望远镜以及超级计算机的强大功能，在我们试图了解宇宙的过程中，还有更多值得探索的地方。

来源：小田说科学