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電波星系。原圖鏈接

電波星系，是宇宙中相當罕見的物體，與電波喧噪類星體、耀變體等都屬於在無線電波長（頻率在10 MHz～100 GHz，功率高達1038 W）上非常明亮的活躍星系，其電波輻射來自同步加速過程，歸功於中心超大質量黑洞噴出的強烈相對論性噴流（Relativistic jet），其釋放的無線電波範圍遠遠超過星系可見光的距離。

概述

電波星系是一種會發出很強烈無線電頻輻射的星系，被觀測到的電波是來自於一對氣體噴流的結構和外在的媒介，經由相對論性發光修正的作用後所發射的。電波喧噪的活躍星系令人感興趣的不僅是星系本身，還因為它們可以在遙遠的距離外被觀測到，有很多天文工作者陸續從這些星系際介質得到了很好的結果。

明亮活躍的星系

電波星系有活躍星系核，或者說，可能有類星體、耀變體。它們從10 MHz到100 GHz的光度流量累計達1039 W。在星系中央，兩道噴流和周圍的介質發生了相對論性發光，發射了同步輻射。電波星系可以在遙遠的距離外被觀測到，可以做為觀測宇宙學上可貴的工具。研究集中在星際物質和星系團上。

星系結構

噴流變化過程

電波星系結構多樣，其實就是大家給照片上的不同形狀起了不同名字。一個星系可以包含多種結構。有叫lobes的，plumes的等等。有叫噴流（jets）的。噴流是一個或兩個很長很窄的形狀，一頭是中心，一頭是lobes（最著名的例子是處女座星團中的室女A星系（M87）），噴流這種結構是活躍星系核附近的 高能粒子發射、磁場作用的痕跡，所以「噴流」也指這種變化過程。

電波星系會發出極為強大的能量束，覆蓋範圍是星系自身的幾百萬倍，壯觀的景象一直是天文學的謎團。據《赫芬頓郵報》2016年10月19日報導，大部分星系的觀測圖象是可見光的影像，也就是肉眼能看見的光線所顯示的形象是令人震撼和奇妙的。

如宇宙巨人

南非西開普大學（University of the Western Cape）博士後伊莫根·懷特姆（Imogen Whittam）解釋，科學家為了擴展天文觀測視野，使用電磁波的不同譜段如短波譜段的紫外線或長波譜段的紅外線來觀看星系的情況，可以看到我們肉眼無法看到的更為震撼的天文景象。甚大陣列無線電望遠鏡（VLT）觀測的電波星系 3C296影像，無線電噴射束（紅色的光團）的總長為一百萬光年。在無線電觀測譜段，天文學家發現有些星系中心發出一對極其巨大的噴射束，即高能量粒子束，其在空間的所延伸距離和覆蓋範圍遠遠超過可見光所見的星系影象大小。其範圍可以是星系自身大小的幾百萬倍，猶如宇宙「巨人」在無線電波的映照下，顯出神秘的身影。

目前為止，天文學界認識到星系中心幾乎都有質量為太陽幾百萬倍甚至更大的超級黑洞，塵埃及其它氣體在墜入黑洞的過程中，將釋放巨大能量，因此推測那些星系中心會發出無線電波下所見的高能粒子束。這些粒子束幾乎以光速向星系之外的方向噴射，可遠達幾百萬公里，直到能量變弱而無法觀察。

電波範圍

2015 年印度團隊發現的一個巨型電波星系 J021659-044920 ：電波範圍從頭到尾延伸了 400 萬光年，星系距離地球則約 90 億光年。荷蘭、巴西、義大利、[[英國}]的國際天文團隊新確認最遙遠電波星系則名為 TGSS J1530 + 1049，經位於印度的巨型米波電波望遠鏡（Giant Meterwave Radio Telescope，GMRT）發現，再利用北雙子望遠鏡和大雙筒望遠鏡（Large Binocular Telescope，LBT）完成星系紅移測量，確定星系距離。

計算表明該星系紅移為 z = 5.72，表明距離我們 120 億光年遠，也就是說當宇宙不到 10 億歲時，就孕育了這麼一個活躍星系。一般認為，活躍星系不應該存在於早期宇宙，因為位於中心的超大質量黑洞需要更長時間才能發育完全，但這次發現告訴我們，活躍星系之形成比以前所認知還要快。TGSS J1530 + 1049 也成功推翻了近 20 年的最遠電波星系記錄保持者：TN J0924-2201，該星系發現於 1999 年，紅移值 z = 5.19，距離我們 110 億光年，在如此遠的地方發現罕見活躍星系，對於科學家理解星系的形成與演化非常重要。

發射過程

來自電波喧噪活躍星系的電波發射是同步加速輻射，被臆測是非常平滑的、自然的寬頻和高度偏振。這暗示發射電波的電漿體包含，至少是，有相對論性速度（洛侖茲因子大約在～104）的電子和磁場。因此電漿體必然是中性的，質子或正子必然是其中的成分之一，但是沒有辦法從同步加速輻射中直接觀察出微粒的種類。而且沒有辦法從觀測中確定微粒和磁場的能量密度（相同的同步加速輻射可以來自強磁場的少數幾個電子，也可以是來自弱磁場的大量電子）。它是可能在特定的發射區域內，以給定的發射率，在最低的能量密度下測量出的最低能量狀態（Burbidge 1956），但多年來沒有特別的理由可以相信在真實狀況中，任何地方的能量都在極小能量的附近。

光子密度

逆康普頓過程

一種與同步加速輻射是姐妹程序的是逆康普頓過程，相對論性的電子與四周的光子作用，經由湯姆森散射提高能量。來自電波喧噪源的逆康普頓發射特別重要的結果是X射線（e.g. Croston et al. 2005），因為他只與電子的密度有關（和已經知道的光子密度），對逆康普頓散射的測量允許我們估計粒子和磁場的能量密度（依賴某些模型）。這可以用來論證是否多數來源的情況都接近於極小值能量的附近。

高頻同步加速輻射

同步加速輻射沒有被限制在電波的波長範圍內：如果電波源的粒子能被加速到足夠的能量，在紅外線、光學、紫外線或甚至在X射線，也都能檢測到在電波區域的特性。但是，後述狀況的電子必須獲得超過1Tev的能量，而在通常狀態下的磁場，電子很難獲得如此高的能量。再一次，偏振和連續光譜被用於區別來自其他過程的同步加速輻射。噴流和熱點是常見的高頻同步加速輻射的來源。

在觀測上要區別同步加速輻射和逆康普頓輻射是很困難的，幸好在進行的過程中在一些物體上會有一些歧異，特別是在X射線。在產製相對論粒子的過程，同步加速輻射和逆康普頓輻射都被認為是粒子加速器。 費米加速在電波喧噪活躍星系中似乎是有效的粒子加速過程。

影片

A Multi-Wavelength View of Radio Galaxy Hercules-A電波星系Hercules-A的多波長視圖