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類星體

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類星體3C273的可見光照片,由哈柏太空望遠鏡拍攝

類星體,又稱為似星體魁霎類星無線電源,是一類離地球最遠、能量最高的活動星系核。類星體與脈衝星微波背景輻射星際有機分子一道並稱為20世紀60年代天文學「四大發現」。

類星體的發現[編輯]

1960年,美國天文學家艾倫·桑德奇用一台5米口徑的光學望遠鏡找到了劍橋無線電源第三星表上第48號天體(3C 48)的光學對應體。他發現3C 48的光譜中,在一個奇怪的位置上有一些又寬又亮的發射線。

1963年荷蘭裔美國天文學家馬丁·施密特發現在3C 273的光譜中具有與3C 48類似的現象,通過仔細研究,他發現這些發射線實際上是人們早已熟知的的發射線,只不過朝著紅光的方向移動了相當長的一段距離,也就是說它們具有非常大的紅移

由於在光學望遠鏡中觀察,類星體與普通的恆星看上去似乎沒有區別。

類星體的命名[編輯]

類星體的命名統一在前面冠以類星體的英文縮寫QSO,然後加上類星體在天球上的位置坐標。例如:類星體3C48,位於赤經13h35m, 赤緯 +33度,於是命名為QSO01335+33。

類星體的特徵[編輯]

絕大多數類星體都有非常大的紅移值(用Z表示)。類星體3C273(QSO1227+02)的Z=0.158,遠遠超過了一般恆星的紅移值。有不少類星體的紅移值超過了1,有的甚至達到4以上,至今發現的最遠的類星體為ULAS J1120+0641,其紅移達到7.1。根據哈柏定律,它們的距離遠在幾億到上百億光年之外。

觀測發現,有的類星體在幾天到幾周之內,光度就有顯著變化。因為輻射在星體內部的傳播速度不可能快於光速,因此可以判定這些類星體的大小最多只有幾「光日」到幾「光周」,大的也不過幾光年,遠遠小於一般的星系的尺度。

類星體最初是在無線電波段發現的,然而它在光學波段紫外波段X射線波段都有很強的輻射,無線電波段的輻射只是很小的一部分。

根據以上事實可以想到,既然類星體距離我們如此遙遠,而亮度看上去又與銀河系裡普通的恆星差別不大(例如3C273的星等為13等),那麼它們一定具有相當大的輻射功率。計算表明,類星體的輻射功率遠遠超過了普通星系,有的竟達到銀河系輻射總功率的數萬倍。而它們的大小又遠比星系小,這就提出了能量疑難,也就是說:類星體如此巨大的能量從何而來?它們的能量機制是什麼?

進一步的研究[編輯]

在類星體發現後的二十餘年時間裡,人們眾說紛紜,陸續提出了各種模型,試圖解釋類星體的能源疑難。比較有代表性的有以下幾種:

  • 黑洞假說:類星體的中心是一個巨大的黑洞,它不斷地吞噬周圍的物質,並且輻射出能量。
  • 白洞假說:與黑洞一樣,白洞同樣是廣義相對論預言的一類天體。與黑洞不斷吞噬物質相反,白洞源源不斷的輻射出能量和物質。
  • 反物質假說:認為類星體的能量來源於宇宙中的正反物質的湮滅。
  • 巨型脈衝星假說:認為類星體是巨型的脈衝星,磁力線的扭結造成能量的噴發。
  • 近距離天體假說:認為類星體並非處於遙遠的宇宙邊緣,而是在銀河系邊緣高速向外運動的天體,其巨大的紅移是由和地球相對運動的都卜勒效應引起的。
  • 超新星連環爆炸假說:認為在起初宇宙的恆星都是些大質量的短壽類型,所以超新星現象很常見,而在星系核部的恆星密度極大,所以在極小的空間內經常性地有超新星爆炸。
  • 恆星碰撞爆炸:認為起初宇宙較小時代,星系核的密度極大,所以常發生恆星碰撞爆炸。

對類星體的進一步觀測發現了一些新的現象,例如光譜中不同元素的譜線紅移值並不相同,發射線和吸收線的紅移值也不盡相同。

在一些類星體中發現了超光速運動的現象。例如1972年,美國天文學家發現類星體3C120的膨脹速度達到了4倍光速。還有人發現類星體3C273中兩團物質的分離速度達到了9倍光速。而類星體3C279(QSO1254-06)內物質的運動速度達到光速的19倍。人們起初認為這對相對論提出了巨大的挑戰。最近的研究表明,這些超光速運動現象只是「視超光速」現象,起因於類星體發出的與觀測者視線方向夾角很小的亞光速噴流,實際上並沒有超過光速。

活動星系核模型[編輯]

20世紀90年代中期,隨著觀測技術的提高,類星體的謎團開始逐漸被揭開。其中一個重要的成果是觀測到了類星體的宿主星系,並且測出了它們的紅移值。由於類星體的光芒過於明亮,掩蓋了宿主星系相對暗淡的光線,所以宿主星系之前並沒有引起人們的注意。直到在望遠鏡上安裝了類似觀測太陽大氣用的日冕儀一樣的儀器,遮擋住類星體明亮的光,才觀測到了它們所處的宿主星系。

現在科學界已經達成共識,類星體實際是一類活動星系核(AGN)。而在同一時期,賽弗特星系蠍虎BL天體也被證實為是活動星系核,一種試圖統一無線電星系、類星體、賽弗特星系和蠍虎BL天體的活動星系核模型逐漸受到普遍認可。

這個模型認為,在星系的核心位置有一個超大質量黑洞,在黑洞的強大引力作用下,附近的塵埃、氣體以及一部分恆星物質圍繞在黑洞周圍,形成了一個高速旋轉的巨大的吸積盤。在吸積盤內側靠近黑洞視界的地方,物質掉入黑洞里,伴隨著巨大的能量輻射,形成了物質噴流。而強大的磁場又約束著這些物質噴流,使它們只能夠沿著磁軸的方向,通常是與吸積盤平面相垂直的方向高速噴出。如果這些噴流剛好對著觀察者,就觀測到了類星體,如果觀察者觀測活動星系核的視角有所不同,活動星系核則分別表現為無線電星系、賽弗特星系和蠍虎BL天體。這樣一來,類星體的能量疑難初步得到解決。

類星體與一般的那些「平靜」的星系核不同之處在於,類星體是年輕的、活躍的星系核。由類星體具有較大的紅移值,距離很遙遠這一事實可以推想,我們所看到的類星體實際上是它們許多年以前的樣子,而類星體本身很可能是星系演化早期普遍經歷的一個階段。隨著星系核心附近「燃料」逐漸耗盡,類星體將會演化成普通的螺旋星系橢圓星系

參閱[編輯]

外部連結[編輯]