新的 LOFAR 巡天发现深空罕见双头奇特射电圆环
奇特射电圆环 (ORCs) 由几种可能的机制引起，包括超大质量黑洞合并产生的激波、产生超级风的剧烈恒星形成，或者是从轴向视角观测到的活动星系核喷流。LOFAR 两米天穹巡天 (LoTSS) 的最新发现表明，以成对相交环为特征的双头 ORCs 很可能是双极射电喷流与星系团中周围等离子体相互作用的结果。这项由研究人员 M. Brüggen、F. de Gasperin 和 G. Di Gennaro 领导的发现，显著扩展了我们对这些罕见的、边缘变亮的射电结构的理解。
奇特射电圆环 (ORCs) 日益增长的奥秘始于 2019 年，当时这些巨大的环状结构首次被检测到，其圆对称性以及当时缺乏明显的可见光对应体令天文学家感到困惑。这些现象在天空中通常跨度约 1 角分，在它们所在的宇宙距离尺度上代表数百千秒差距。在像 LOFAR 这样高灵敏度、低频巡天出现之前，由于其低面亮度和解析其微弱弥散辐射所需的特定频率范围，这些结构一直处于隐藏状态。
LOFAR 巡天中单头和双头 ORCs 的成因是什么？
单头 ORCs 是由星系尺度的能量事件产生的，例如星系风产生的终止激波或大质量星系内古代爆炸的遗迹。相比之下，具有复杂双环形态的 双头 ORCs 被认为是来自中心超大质量黑洞、向相反方向喷射的相对论性磁化等离子体喷流的结果。这些喷流与局部环境相互作用，形成对称的、边缘变亮的结构，在射电波段表现为重叠或相邻的圆环。
M. Brüggen 及其同事采用的方法涉及对 144 MHz 频率下的 LOFAR 两米天穹巡天 (LoTSS) 第 3 版数据 (DR3) 进行复杂分析。为了从目录中存在的数百万个射电源中筛选，团队结合了自动参数过滤和严格的人工目视检查。这种混合方法使他们能够分离出 18 个具有类 ORC 结构的独特源，包括 5 个新的单头 ORCs 和 2 个全新的双头发现。通过将这些发现与 54 MHz 和 1400 MHz 的射电数据进行交叉比对，研究人员能够推导出关键指标，如光谱指数和物理尺寸。
ORCs 是否与椭圆星系有关？
在绝大多数观测案例中，奇特射电圆环 (ORCs) 与大型椭圆星系相关联，这些星系通常位于射电环的几何中心。虽然早期的巡天对于宿主形态尚无定论，但来自 LOFAR 巡天的高分辨率数据确认了这些大质量椭圆星系是该现象的“星系锚点”。这些特定宿主星系的存在表明，产生 ORC 所需的能量过程（如重大的黑洞活动）是大质量星系演化所固有的。
来自这些可见光对应体的红移数据使研究团队能够比以往更准确地估算这些结构的物理尺寸。研究发现 奇特射电圆环 (ORCs) 的物理尺寸与其积分光谱指数之间存在显著相关性；具体而言，较小的 ORCs 似乎避开了陡峭的射电光谱。这种异质性表明 ORC 群体可能比之前怀疑的更加多样化，由不同环境条件或星系演化阶段形成的多种子类型组成。研究人员指出，识别宿主星系是确定圆环是球壳还是投影圆盘的关键步骤。
ORCs 与超大质量黑洞喷流有何关系？
ORCs 与超大质量黑洞喷流直接相关，喷流是向星系际介质推进磁化等离子体的主要引擎。这些相对论性喷流在撞击星系团周围的热等离子体时会产生巨大的压力，从而导致终止激波，表现为圆形的、边缘变亮的环。这种关系将 ORCs 定位为数百万年来超大质量黑洞与其宿主环境之间剧烈反馈循环的视觉记录。
这项研究对河外射电天文学领域具有深远意义，因为它挑战了目前关于“激波”与“喷流”起源模型的理论。虽然单头 ORCs 可能会被解释为合并产生的单一球面激波，但 LoTSS DR3 数据中确定的 双头 ORCs 需要更复杂的产生机制。在这些双环中观察到的对称性有力地支持了双极喷流模型，即能量沿着轴线引导，而不是向所有方向均匀膨胀。这表明某些 ORCs 实际上可能是从特定方向观察到的传统射电星系，该方向强调了它们的圆形截面。
展望未来，奇特射电圆环 (ORCs) 研究的前景将取决于更深层、更高分辨率的巡天。该团队将已知群体扩大到 18 个源的工作为未来的建模提供了急需的统计基础。下一代设施，如平方公里阵列 (SKA)，预计将发现数千个此类结构，使天文学家能够观察 ORC 形成的过渡阶段。随着分辨率的提高，科学界可能最终能够确定这些宇宙环是所有大质量星系的共同特征，还是宇宙中最剧烈事件的罕见遗迹。
- 确定的 ORC 结构总数： 18
- 发现的双头 ORCs： 4（包括 2 个新发现）
- 新增单头 ORCs： 5
- 巡天频率： 144 MHz (LoTSS DR3)
- 主要宿主类型： 大质量椭圆星系
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