由科廷大學研究團隊利用全球多台射電望遠鏡開發的新研究顯示，黑洞噴流所攜帶的能量極其驚人，其功率相當於一萬顆太陽，長期以來關於黑洞如何重塑宇宙大尺度結構的理論因此獲得重要觀測支持。論文發表於《自然·天文學》雜誌，研究團隊以著名的X射線雙星系統「天鵝座X-1」為目標，這一系統包含已確認的第一個黑洞以及一顆質量巨大的巨星。觀測結果表明，該系統產生的噴流在瞬間輸出的能量層面上，可與約一萬顆太陽的能量相匹敵。
實時追蹤噴流動態
為實現這一測量，科學家將分佈於全球各地的射電望遠鏡進行聯動，構建出「地球級口徑」的觀測陣列，從而在極高角分辨率下捕捉噴流在軌道週期中的細微變化。研究指出，當黑洞環繞伴星運行時，巨星強烈的恆星風不斷衝擊噴流，使噴流方向偏移、軌跡搖擺，類似強風吹亂噴泉水柱的形態。透過同時分析恆星風的強度與噴流被偏折的角度，團隊首次在「實時」尺度上反推噴流功率，而非以往那樣僅做橫跨成千上萬年時標的長期平均估算。
結果顯示，黑洞吞噬物質過程中釋放的能量約有十分之一，被噴流以高速拋出並注入周圍環境，這一比例與長期以來宇宙大尺度數值模擬中常用的假設高度吻合，但此前一直缺乏直接觀測驗證。研究還給出噴流速度這一關鍵參數：噴流物質以約光速一半的速度射出，大約為每秒15萬千米（約9.3萬英里），這一數值逾十年來一直難以精確確定。 論文第一作者、現就職於悉尼大學的Steve Prabu博士形象地將這些被恆星風不斷「推打」的噴流稱為「跳舞的噴流」，用以描繪它們在雙星軌道運行中方向不停變化的動態景象。
合著者之一、來自科廷大學射電天文學研究所和國家射電天文學研究中心科廷分部的James Miller-Jones教授指出，此前技術手段主要給出的，是噴流在極長時基線上的平均功率，很難與物質落入黑洞時即時產生的X射線輻射一一對應。在本次研究中，由於能夠在軌道週期內連續追蹤噴流受恆星風偏折的程度，科學家得以將噴流能量與X射線能量在同一時空尺度上進行直接對比。 Miller-Jones教授強調，理論普遍認同，不論黑洞質量大小，其附近的物理過程在本質上高度相似，從恆星級黑洞到超大質量黑洞皆然。
因此，對「天鵝座X-1」噴流功率的精確測量，為解析不同尺度黑洞噴流提供了重要「錨點」，可用來校準質量為太陽10倍到一千萬倍各類黑洞噴流模型。 目前正值澳洲西部和南非新建平方千米陣列射電望遠鏡等新一代大型科學設施投入運作，天文學家預計將探測到來自數百萬個遙遠星系的黑洞噴流信號。研究團隊表示，有了這次對「天鵝座X-1」的標桿性測量，未來在統計和解釋這些噴流整體能量輸出時，將能更準確評估黑洞對宿主星系氣體、恆星形成乃至大尺度宇宙結構的反饋作用。
