巨大的宇宙无线电圈
作者：苗千
所谓“怪异无线电圈”（odd radio circle）是宇宙中一种巨大的环形射电信号结构。人类直到最近几年，才凭借着先进的天文望远镜阵列发现了这种奇异的宇宙现象，而且至今为止也只有寥寥几次观测记录而已。就是这么几次观测记录，让无数天文学家激动不已，充满遐想。
在宇宙中发现圆形现象并不算太少见。因为球形的天体通常会释放出圆形或者接近圆形的辐射。例如超新星爆发产生的灰烬，以及在螺旋形星系内部，都可能有这样的现象。但是在2019年才首次被发现的怪异无线电圈仍然远远超出了人们的想象。
天文学家们在2019年通过澳大利亚平方千米阵探路者望远镜（Australian Square Kilometre Array Pathfinder）首次观测到三个怪异无线电圈现象，第四个则是在整理印度巨米波射电望远镜（GiantMetrewave Radio Telescope）2013年的观测数据时发现的。到了2021年，一个由澳大利亚天文学家领导的研究小组通过位于南非的由64个碟形天线组成的“MeerKAT”射电望远镜阵列拍摄到一个名为“ORC J2103-6200”的怪异无线电圈。这是人类至今为止获得的对怪异无线电圈最清晰的图像，揭示了更多的细节，也让研究者有机会对这种现象进行深入研究。研究者们把最新的研究成果发表在2022年4月的《皇家天文学会月报》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）上。
之所以说这种宇宙现象怪异，是因为它太稀少、太微弱，也太大，这些都超出了天文学家之前的想象。自2019年以来，天文学家们一直在全天范围内寻找怪异无线电圈。几年时间里，总共才发现了5次。就是因为数量稀少，所以没法进行统计学研究，只能寄希望于未来，通过逐渐积累以及更新的设备能够发现更多的怪异无线电圈。另外，这种宇宙现象也过于微弱。这样微弱的射电信号，只有利用最新的天文观测设备才有可能在地球表面探测得到。“MeerKAT”射电望远镜阵列在2018年7月才开始运行，就获得了怪异无线电圈的清晰图像。可以期待，在未来能拍到更多有价值的照片。
怪异无线电圈另一个令人迷惑的特点是，它的信号不仅微弱，而且频率也只在无线电的频率范围之内。除此之外，在可见光、红外线、X射线的频率范围内，都无法观测到这种现象，这也是其被称为“无线电圈”的原因。至于为什么频率范围如此狭窄，人们目前还没有合理的解释。当然，这种宇宙现象最鲜明的特点是大，这种线圈实在是太大了。探测显示，怪异无线电圈的外层直径达到了上百万光年。要知道银河系的直径也只有10万光年左右。也就是说，怪异无线电圈的直径超出了整个银河系直径的10倍以上，而且其中还有一系列的小线圈结构。天文学家估计，要发展到这样的规模，怪异无线电圈要经历10亿年左右的扩张，但是其起源仍然是一个谜。
最近发现的第五个怪异无线电圈“ORC J0102-2450”，实际上是天文学家在整理“MeerKAT”射电望远镜阵列在2019年8月到2020年12月期间进行的9次观测所得数据中发现的。在它的中心区域有一个椭圆形星系，距离地球大约37亿光年。从目前仅有的数据来说，已经发现的5个怪异无线电圈的中心有3个是椭圆形星系——有人认为这很可能并不是一个巧合。有人怀疑怪异无线电圈与其中心位置星系内部活跃的黑洞有关，也有人怀疑这源于怪异无线电圈内部两个星系的相互作用……
正是因为怪异无线电圈对人类来说太新也太奇特，在两年多的时间里，人们对它的来历难免会有各种各样的猜想，甚至有人认为这是宇宙中连接不同时空的“虫洞”（wormhole）的入口。目前，研究者们对于怪异无线电圈的形成原因主要提出了三种理论：一种是认为其来自星系中心某种剧烈活动产生的冲击波——比如说星系中心两个超重黑洞的合并；也可能是活动星系核（active galactic nucleus）向外喷射的高能粒子最终形成了怪异无线电圈的形状；还有可能是在星系中心位置恒星诞生所产生的现象。
考虑到目前天文学家们只在宇宙中一个极小的区域进行了搜寻，就发现了5个怪异无线电圈。假设这种现象在宇宙中的各处平均分布，那么人类总共大约可以发现500至1000个怪异无线电圈。可能也只有积累到足够多的数量，才有可能真正解开怪异无线电圈形成的秘密。目前人类发现的怪异无线电圈都距离地球非常遥远。也只有在这么远的距离，才有可能观测到这样巨大的结构。如果银河系自身有这样的一个无线电圈环绕，反而会因为过于巨大和发散而无法被发现。
发现一个新奇的宇宙现象和解决一个宇宙学难题哪一个更让人激动？至少可以说，这两者都是天文学家们梦寐以求的。如果能够通过现有的知识去解释一个宇宙学现象固然好，如果不能，则说明我们目前对于宇宙的理解可能有所偏差，需要改变现有的知识结构和研究范式——这意味着更大的突破。一个跨越几个大陆的射电望远镜阵列组合正在逐渐形成之中，我们可以期待天文学家们利用更加先进的探测设备找出更多惊人的发现，最终解开怪异无线电圈之谜。
[本文写作参考了《科学》（Science）等相关媒体的报道] 怪异无线电圈宇宙起源天文射电望远镜宇宙学