利用十萬個(gè)天線組成的陣列，科學(xué)家們?cè)谏羁仗綔y(cè)到一種奇特的輝光，它正在發(fā)射微弱的射電信號(hào)。

在宇宙的一個(gè)遙遠(yuǎn)角落，研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)由高能粒子構(gòu)成的巨大云團(tuán) —— 一個(gè)“微型暈”（mini-halo），它環(huán)繞著一個(gè)年輕的星系團(tuán)。這個(gè)星系團(tuán)形成于宇宙大爆炸僅僅40億年之后。

這是迄今為止觀測(cè)到的同類結(jié)構(gòu)中最遙遠(yuǎn)的一個(gè)，它正在改寫我們對(duì)星系團(tuán)如何演化的理解。“這就像我們發(fā)現(xiàn)了一片浩瀚的宇宙海洋，整個(gè)星系團(tuán)都持續(xù)沉浸在高能粒子之中，”研究人員之一哈拉維切克-拉隆多（Hlavacek-Larrondo）說道。

此前，天文學(xué)家認(rèn)為如此強(qiáng)大的粒子活動(dòng)只發(fā)生在宇宙歷史的后期。然而，這個(gè)橫跨百萬光年的微弱射電信號(hào)證明，即使是最早期的星系團(tuán)也充滿了活躍的高能過程。

這一發(fā)現(xiàn)可能重塑我們關(guān)于黑洞、宇宙碰撞以及其他數(shù)十億年來驅(qū)動(dòng)宇宙演化的隱藏力量的理論。

發(fā)現(xiàn)百億光年外的暈

微型暈是存在于星系團(tuán)內(nèi)星系之間的巨大高能粒子云。這些帶電且速度極快的粒子在太空中運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)出微弱的無線電波。然而，探測(cè)到這種暈極其困難，尤其是在遙遠(yuǎn)的宇宙中。

天體距離越遠(yuǎn)，其信號(hào)就越微弱。在此項(xiàng)研究之前，天文學(xué)家無法在數(shù)十億光年之外發(fā)現(xiàn)這類結(jié)構(gòu)。但得益于一個(gè)名為低頻陣列（LOFAR）的強(qiáng)大新工具，科學(xué)家們此次探測(cè)到了一個(gè)位于100億光年外的暈。

LOFAR是一個(gè)巨大的射電望遠(yuǎn)鏡陣列，由分布在歐洲八個(gè)國(guó)家的10萬個(gè)天線組成。研究人員用它來研究名為SpARCS1049的星系團(tuán)。這個(gè)星系團(tuán)距離如此之遠(yuǎn)，以至于我們今天看到它的光線，是在宇宙年齡還不到當(dāng)前三分之一時(shí)就開始了旅程。

當(dāng)研究人員梳理LOFAR傳回的數(shù)據(jù)時(shí)，他們注意到了一些異常 —— 星系團(tuán)周圍存在一個(gè)微弱但廣泛分布的射電信號(hào)。重要的是，這種輝光并非來自星系本身。相反，它似乎來自星系之間廣闊的空間，并且符合一個(gè)大小相當(dāng)于銀河系十倍的微型暈的特征。

然而，這些暈粒子從何而來？

研究人員認(rèn)為有兩種可能的答案。一種可能是星系團(tuán)中心星系的超大質(zhì)量黑洞正在猛烈噴射出高能粒子流。然而，這些粒子如何傳播得如此之遠(yuǎn)，并能在如此巨大的距離上保持能量，目前尚不清楚。

另一種解釋是，星系團(tuán)內(nèi)部熾熱氣體中的粒子在以接近光速的速度不斷相互碰撞，在此過程中產(chǎn)生了能量更高的粒子。無論如何，有一點(diǎn)很清楚：這些高能粒子存在并影響星系團(tuán)的時(shí)間，比我們之前認(rèn)為的早了數(shù)十億年。

“在如此遙遠(yuǎn)的距離上發(fā)現(xiàn)如此強(qiáng)烈的射電信號(hào)令人震驚。這意味著這些高能粒子以及產(chǎn)生它們的過程，幾乎在整個(gè)宇宙歷史中都在塑造著星系團(tuán)，”研究人員之一羅蘭·蒂默曼（Roland Timmerman）說。

我們才剛剛觸及表面

這一發(fā)現(xiàn)讓科學(xué)家得以罕見地窺見早期宇宙的景象，并表明像黑洞和粒子碰撞這樣的強(qiáng)大力量，從一開始就在影響著星系團(tuán)。

然而，許多問題依然存在。黑洞究竟是如何將能量如此廣泛地傳播開來的？這些粒子如何在數(shù)十億年間保持能量？磁場(chǎng)在其中又扮演了什么角色？這些謎題有待未來像平方公里陣列（SKA）這樣的望遠(yuǎn)鏡來幫助解答。

SKA一旦建成運(yùn)行（它將擁有超過13.1萬個(gè)天線），其靈敏度將遠(yuǎn)超LOFAR，并可能揭示更多隱藏在遙遠(yuǎn)宇宙中的微型暈。就目前而言，當(dāng)前的研究有力地暗示，早期宇宙遠(yuǎn)比我們想象的更加充滿能量和活力。

“對(duì)于早期宇宙到底有多么充滿能量，我們才剛剛觸及表面。這一發(fā)現(xiàn)為我們了解星系團(tuán)如何在黑洞和高能粒子物理的共同驅(qū)動(dòng)下成長(zhǎng)和演化，打開了一扇新的窗口，”哈拉維切克-拉隆多說道。

該研究已發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志通訊》上。

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