同一座巨大星系中，四代噴流先後出現
一座跨度約 420 萬光年的星系，保存了其中心超大質量黑洞四次不同活動階段的證據，為天文學家提供了罕見而漫長的紀錄，呈現這部宇宙引擎如何關閉後再度啟動。
印度浦那印度科學教育與研究學院（IISER）和國家電波天文物理中心（NCRA-TIFR）的研究人員，在呈 S 形的 J023721.13-010528.5 星系中，辨識出四對明亮的電波特徵。每一對都與不同世代的噴流有關；噴流是由黑洞周圍區域驅動、由高能粒子構成的強大流束。
研究團隊指出，這是首個已知呈現四次此類活動階段證據的電波星系。在天文學家研究過的數萬個電波星系中，多數只呈現一段主要噴流活動期。此前僅有六個星系被確認具有三次活動階段的證據。
這項研究由浦那 IISER 博士生 Pavan Khadekar 主持，指導者為 NCRA-TIFR 的 Dharam Vir Lal，以及浦那 IISER 的 Ramana Athreya。研究結果於 2026 年 10 月 21 日刊登於《天文物理期刊》（The Astrophysical Journal）。
黑洞活動週期是什麼？
超大質量黑洞的質量可達太陽的數百萬倍，甚至數十億倍。聚集在黑洞周圍的物質會形成高溫旋轉流，其中部分釋放出的能量可驅動噴流，延伸至宿主星系可見本體之外的遙遠區域。
當與這類活動相關的結構在電波波段強烈發光時，天文學家便稱這類星系為電波星系。電波望遠鏡能偵測這些輻射，顯示一般可見光照片可能無法捕捉的特徵。
噴流可能持續活動數百萬年，之後逐漸減弱。活動再次啟動時，可能會形成一對新的噴流，而較早的結構仍可在更外側被偵測到。因此，同一座星系可能同時保留數代活動的痕跡，就像地貌上的層層痕跡，記錄不同時期發生的事件。
對 J023721.13-010528.5 而言，核心發現是同一系統中存在四代噴流。黑洞在這些活動階段中始終存在；改變的是周圍物質的活動，以及由此驅動的噴流。
研究團隊如何重建星系歷史
Khadekar 與同事整合印度巨米波電波望遠鏡（GMRT）、美國甚大天線陣（Very Large Array），以及南非 MeerKAT 望遠鏡的觀測資料。這些資料讓團隊得以檢視星系廣闊的電波結構，並區分與不同活動階段相關的特徵。
關鍵證據是四對熱點。熱點是與噴流相關的明亮區域，通常是快速流束將能量傳遞給周圍物質的位置。這些區域有助天文學家追蹤噴流行進的路徑，以及它如何與周遭環境互動。
四對熱點代表八個明亮區域，分成四組彼此對應的結構。配對之所以重要，是因為噴流通常會從中心區域朝相反方向射出。研究人員將這四組結構解讀為不同世代的證據，而非單一連續活動階段。
儘管 Lal 堅持認為這座星系已進入第四個活動階段，Athreya 起初仍不確信。他表示，花了一些時間才找到足以令人信服的證據。這份審慎對研究發現至關重要：團隊必須確認觀測到的結構如何彼此對應，才能辨識出第四代噴流。
以數百萬年衡量的歷史
研究人員估計，與各代熱點相關的年齡約介於 600 萬年至 2,100 萬年。他們也推測，最新一輪活動約在數百萬年前開始。這些估算是根據星系的電波輻射重建其歷史，而非人類一生中直接觀察到的變化。
大致的時間順序如下：
- 約 2,100 萬年前：觀測到的噴流世代中，估計年齡較久的一端。
- 約 600 萬年前：估計年齡較近的一端。
- 數百萬年前：第四次、也是最近一次活動階段的大致起始時間。
- 2026 年 10 月 21 日：研究結果據報刊登於《天文物理期刊》的日期。
上述估算範圍的兩端相差約 1,500 萬年，足以呈現這段紀錄的時間深度，不過研究人員尚未提供每次重新啟動的完整時間表，也未說明各次活動之間的沉寂期有多長。
天文學家會根據電波結構的物理特性，以及描述其演化方式的模型，估算其年齡。高能粒子在輻射並移動的過程中會發生變化，並在電波訊號中留下線索。由此得出的年齡是估算值，因此這段時間順序應以數百萬年為尺度來理解。
四次活動為何讓這座星系與眾不同
J023721.13-010528.5 為一段天文學家罕能追溯、即使只有三次活動也不常見的歷史，增添了第四個篇章。此前確認具有三次活動階段的六座星系，提供了活動反覆發生的案例；這個天體則讓已觀測到的序列再延伸一代。
這座星系的尺度更凸顯了這段紀錄的特殊。一光年是光一年所行經的距離，因此跨度 420 萬光年，代表光約需 420 萬年才能橫越這段距離。此處所述的大小，指的是這座巨大星系及其電波結構。
它呈 S 形的外觀，也是觀測到的幾何形態之一。研究同時指出這種形狀與多對熱點，但發現報告並未確定曲線形成的原因。要解釋這種形態並重建活動週期，都必須仔細檢視電波特徵的排列方式。
這項研究的價值，在於同一個中心引擎周圍保留了接連發生的活動階段。研究人員可以在同一座星系中比較不同世代的噴流；它們共享同一個宿主星系與周遭環境，不必完全依賴不同天體之間的比較。
噴流是否正變弱或縮短？
研究人員推測，每次活動之後的噴流可能會變弱、持續時間縮短，或兩者兼具。與僅有一次可見重新啟動的星系相比，這四代噴流提供了更多機會，讓研究人員檢視這種可能性。
功率與持續時間描述的是不同現象。功率較低的噴流，輸送能量的速度較慢；活動時間較短的噴流，則代表輸送能量的時間較短。任何一種變化都可能改變留下的結構，而周遭氣體也會影響噴流如何擴張並逐漸減弱。
因此，這項推測關乎黑洞在反覆活動期間，其能量輸出可能如何改變。這項發現提供了一個可供研究這種模式的系統，研究人員可以比較較早期的殘留結構與較近期的特徵。
活動為何一再停止又重新開始，目前仍不得而知。抵達中心區域的物質會提供驅動噴流的能量，因此物質供應的變化與理解活動週期息息相關。要確認這座星系的具體情況，還需要進一步研究其電波結構與周遭環境。
三座天文台共同留下的紀錄
這項發現整合了分布於三大洲的觀測設備所取得的資料。不同的電波觀測有助研究人員檢視明亮而緊密的特徵，以及微弱得多的延伸輻射。對於具有多代活動的星系而言，找出這些較早期的痕跡，是重建其歷史的關鍵。
主持這項研究的浦那 IISER 博士研究員 Khadekar 說明，取得天文台資料如何協助這項研究：
「許多電波望遠鏡都會向全球研究人員免費提供資料。天文台這種合作理念有助進行更全面的研究，也能更有效運用資料；不同科學家可以利用相同的觀測資料，探索不同的想法。」Khadekar 說。
GMRT、甚大天線陣和 MeerKAT 的觀測資料相互結合，正體現了這種做法。為某項研究蒐集的電波觀測資料，也可能包含其他研究所需的證據；其中包括一些微弱結構，與其他資料一併檢視後，才會顯現其重要性。
進一步研究類似星系，或能釐清活動反覆發生的頻率，以及後續噴流是否通常會變弱或持續時間縮短。目前，J023721.13-010528.5 提供了罕見的四代噴流案例，讓研究人員得以檢視，也使已觀測到的黑洞反覆活動歷史超越此前已知的案例。
重點整理
- 浦那 IISER 與 NCRA-TIFR 的研究人員，辨識出首個具有四次不同黑洞活動階段證據的已知電波星系。
- 呈 S 形的 J023721.13-010528.5 星系跨度約 420 萬光年。
- 四對熱點標示出不同世代的噴流，估計年齡介於 600 萬年至 2,100 萬年。
- 最近一次活動似乎在數百萬年前開始。
- 研究團隊整合印度 GMRT、美國甚大天線陣，以及南非 MeerKAT 望遠鏡的觀測資料。
- 研究人員推測，後續噴流可能逐漸變弱，或持續時間縮短。反覆關閉與重新啟動的原因仍不明。
