科学剃刀

探索宇宙奥秘 · 理性思考

人类肉眼可见的恒星只有九千颗。但就在本周，一组天文学家一次性公布了1370万个宇宙射电源的精确位置。这不是光学照片，而是来自荷兰低频阵列（LOFAR）的第三次巡天数据发布（LoTSS-DR3）。它用射电波段为我们绘制了迄今最详尽的宇宙地图，让数百万个正在吞噬物质的超大质量黑洞无所遁形。

低频观测揭开宇宙另一副面孔

我们熟悉的星空是光学望远镜看到的画面。但宇宙在射电波段完全是另一番景象。LOFAR工作在120-168兆赫兹的低频范围，波长接近两米。这个波段无法被光学望远镜捕捉，却携带着宇宙中最剧烈活动的痕迹。

图释：一组由超大质量黑洞驱动的射电瓣。图片来源：Maya Horton 与 LOFAR 调查合作。

当相对论性电子在磁场中螺旋运动时，会发出同步辐射。这种辐射在低频段格外明亮。因此，LOFAR看到了延伸数百万光年的黑洞喷流，看到了星系团中的激波和湍流，也看到了恒星形成区的剧烈活动。这些现象在可见光中往往隐匿不见。

这次巡天覆盖北天的大部分区域，探测灵敏度达到微央斯基级别。它发现了大量罕见天体，包括正在并合的星系团、古老的超新星遗迹，以及可能存在系外行星与恒星相互作用的射电信号。

十年跨国协作攻克数据难关

LOFAR并非传统意义上的单口径望远镜。它由荷兰境内的38个台站和分布在德国、法国、英国等九国的14个国际台站组成。最远的两个台站相距近两千公里，形成等效口径巨大的干涉阵列。

图释：在这里，洛法尔望向我们的银河系，朝着天鹰座方向，那里有许多大质量恒星爆发。图像中可以看到大型海牛星云（右下角）以及许多其他气泡状超新星遗迹。在这些之外，是遥远的射电星系背景，这些星系被视为微弱点。图片来源：LOFAR Surveys合作。

这项工程始于十多年前。来自十个欧洲国家的团队需要协调观测，处理超过13000小时的原始数据。数据总量达到18.6拍字节（PB），相当于连续播放高清电影两千多年。

最大的技术挑战来自地球电离层。这层带电大气会扭曲低频射电波，就像透过毛玻璃看东西。团队开发了新算法来实时校正这种扭曲。德国图林根州立天文台的亚历山大·德拉本特博士指出，整个处理消耗了超过两千万核时的计算时间。

中国射电天文面临低频缺口

中国读者自然会问：我们在这一领域处于什么位置？目前，中国拥有的FAST望远镜是世界最大的单口径射电望远镜，但其工作频率主要在70兆赫兹以上，且受限于贵州盆地的地形，低频观测能力有限。

图释：仙女座星系（M31）是银河系最大的邻居。这张LOFAR图像显示出与可见光截然不同的视角，大部分无线电发射与星系中心的超大质量黑洞相关。弥散环追踪恒星仍在形成的区域。仙女座之外，数百个微弱点是由自身超大质量黑洞驱动的遥远星系。图片来源：LOFAR Surveys合作。

在低频射电巡天领域，中国尚未建成与LOFAR同等规模的设施。不过，中国天文学家正在通过其他路径布局。新疆天山的21厘米宇宙阵列（21CMA）致力于探测宇宙再电离时期的红移21厘米信号。此外，中国参与了国际平方公里阵列（SKA）项目，其中的低频部分将建在澳大利亚，中国承担了部分关键技术研制。

更重要的是，LOFAR这次发布的18.6 PB数据属于完全公开。中国学者已经可以利用这些数据进行黑洞物理、宇宙磁场和星系演化的研究。事实上，数据处理的算法挑战与中国的超级计算能力形成互补，这为中国团队参与下一代巡天提供了切入点。

海量数据重塑黑洞研究范式

这次巡天最重大的科学价值在于提供了迄今最完整的活动星系核普查。英国赫特福德郡大学的马丁·哈德卡斯尔教授指出，我们现在可以研究黑洞喷流在不同演化阶段的特性，以及它们与宿主星系环境的关联。

图释：射电星系NGC 315和NGC 383主导着这幅图像，拥有壮观且扭曲的喷流，这些喷流由中心超大质量黑洞驱动。它们位于约2.23亿和2.09亿光年之外，在数百个更遥远的射电星系背景中格外突出，这些星系大多被视为微弱的点。图片来源：LOFAR Surveys合作。

数据显示，星系团中的巨型激波和湍流比此前预期更为普遍。这些过程驱动粒子加速并增强磁场，影响范围跨越数百万光年。同时，巡天精确测量了数百万个星系的恒星形成率，为理解宇宙化学演化提供了统计基础。

目前，LOFAR正在升级为LOFAR2.0，巡天速度将提升一倍。结合数据处理技术的进步，未来有望实现更高分辨率的成像。平方公里阵列（SKA）的前体项目科学家温迪·威廉姆斯博士评价，LoTSS-DR3不是终点，而是射电天文学新时代的里程碑。

当光学望远镜忙于寻找系外行星时，射电天文学家正在绘制宇宙的能量图谱。1370万个射电源不仅是数字的积累，它们代表着人类对宇宙中极端物理过程认知的系统性飞跃。

参考文献

T. W. Shimwell et al, The LOFAR Two-metre Sky Survey. VII. Third Data Release, Astronomy & Astrophysics (2026). DOI: 10.1051/0004-6361/202557749.

ASTRON Netherlands Institute for Radio Astronomy, "Largest ever radio sky survey maps the universe in unprecedented detail," Phys.org, February 19, 2026.