一个由天文学家组成的国际团队利用低频阵列 (LOFAR)发布了有史以来最详细的低频射电全天星图，识别出了创纪录的1370万个宇宙射电源。于2026年2月23日发布的LOFAR两米天图巡天数据发布3 (LoTSS-DR3)，对整个可观测宇宙中处于活跃生长状态的超大质量黑洞进行了一次前所未有的普查。这项里程碑式的成果由ASTRON和Leiden University的Timothy Shimwell领导，代表了十多年的观测和数据处理工作，与传统光学望远镜相比，它提供了一个截然不同的宇宙视角。
LOFAR DR3巡天探测到了多少个射电源？
LOFAR DR3巡天探测到了约1370万个宇宙射电源，具体从高分辨率斯托克斯 (Stokes) 镶嵌图中编目了13,664,379个不同的天体。这次数据发布是迄今为止最全面的低频巡天，覆盖了北半球天空的广阔区域，并揭示了数百万个超大质量黑洞和恒星形成星系，而这些在灵敏度较低的仪器面前此前是不可见的。
这次巡天的规模是一个巨大分布式网络协作的结果，该网络由38个荷兰LOFAR站点和分布在包括英国、德国、法国和意大利在内的欧洲各地的14个国际站点组成。通过利用延伸近2,000公里的基线，该阵列实现了超越以往所有低频射电天文学努力的分辨率和灵敏度。这使得研究人员能够区分单个黑洞喷流和来自遥远星系团的弥散发射，从而为高能宇宙提供了一张高保真的路线图。
在LOFAR语境下，什么是“活跃生长”的黑洞？
在LOFAR语境下，“活跃生长”的黑洞是目前正在吸积物质的超大质量实体，这一过程会触发强大的相对论性喷流的发射。这些喷流将粒子加速到接近光速，使它们在磁场中螺旋运动并发出低频射电波，LOFAR可以在数百万光年的星系际空间中探测到这些电波。
根据University of Hertfordshire的Martin Hardcastle的说法，这些射电图让科学家能够观察处于不同演化阶段的黑洞。与可能被宇宙尘埃掩盖的光学光不同，射电波可以穿透这些障碍，揭示黑洞与其宿主星系之间的相互作用。此次巡天识别出了各种各样的系统，从年轻、紧凑的源到古老的射电星系，其发射结构已扩张到庞大的比例，重塑了我们对这些宇宙巨兽如何影响其环境的理解。
为什么LOFAR射电全天巡天对理解宇宙很重要？
LOFAR射电全天巡天至关重要，因为它通过绘制深空中的相对论性粒子和磁场，追踪了整个宇宙的能量流。通过捕获北半球88%的天空（频率在120-168 MHz之间），它揭示了难以捉摸的现象，如碰撞的星系团、微弱的超新星遗迹，以及系外行星与其宿主恒星之间的磁相互作用。
星系团的研究尤其受益于LoTSS-DR3的数据。来自博洛尼亚INAF的Andrea Botteon报告称，这些星图揭示了在横跨数百万光年的区域内驱动粒子加速的巨型冲击波和湍流。这些发现表明，此类高能过程比之前理论化的要普遍得多。通过提供统一且深度的巡天，LOFAR使天文学家能够将单个超大质量黑洞的特性与宇宙网的大尺度结构联系起来，从而提供宇宙演化的整体视图。
克服大气和计算挑战
这种规模的科学进步需要重大的技术突破，以减轻地球电离层的扭曲影响。这一高层大气中的带电层对于低频射电波来说就像一片“磨砂透镜”，会弯曲并模糊传入的信号。Paris Observatory的算法专家Cyril Tasse花费多年时间改进校准和成像技术，以提供当前版本中看到的清晰、稳定的图像。这些新的软件流水线使望远镜能够在广阔的天空区域保持高角分辨率，确保即使是最遥远的黑洞也能保持清晰。
该阵列产生的海量数据给国际合作带来了第二个同样艰巨的挑战。Thuringian State Observatory的Alexander Drabent指出，该项目处理了18.6拍字节 (PB)的原始数据，需要超过2000万个核时的计算时间。这项工作涉及从档案中提取13,000小时的观测数据，并将计算工作负载分布到多个高性能设施中。这样的壮举只有通过LOFAR欧洲研究基础设施联盟 (ERIC)才有可能实现，该联盟汇集了来自十个不同国家的资源。
对射电天文学未来的影响
LoTSS-DR3的发布标志着天体物理学的一个转折点，为未来更灵敏的巡天奠定了基础。该协作组织已经在向LOFAR 2.0升级过渡，预计升级后巡天速度将翻倍，分辨率也将显著提高。这次升级将允许以更高的细节重新处理现有数据，潜在地揭示黑洞喷流的内部结构以及婴儿宇宙中星系形成的最初阶段。
Square Kilometre Array Observatory (SKAO)的科学家Wendy Williams强调，这次数据发布是一个里程碑，将作为下一代望远镜的路线图。随着SKA在未来几年开始运行，从LOFAR黑洞普查中获得的见解对于校准对宇宙历史进行更深入探测的仪器至关重要。目前，本次巡天识别出的1370万个源仍然是天文学家寻求理解数十亿年来塑造我们宇宙的高能力量的主要数据集。
- 数据发布： LOFAR两米天图巡天数据发布3 (LoTSS-DR3)
- 总源数： 13,664,379个射电发射实体
- 处理负荷： 2000万个核时处理18.6拍字节数据
- 主要机构： ASTRON、Leiden University、University of Hertfordshire、INAF、Paris Observatory
- 关键发现： 超大质量黑洞喷流、星系团冲击波和系外行星射电特征
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