你敢信嗎?一個個頭只比太陽系大幾倍的小東西,亮度居然能碾壓整個銀河系?上世紀60年代天文學家第一次捕捉到它的影像時,都差點懷疑自己的觀測出了錯。它看起來就是顆平平無奇的恒星,結(jié)果一測光譜,紅移大得離譜,一算距離居然在幾十億上百億光年外。
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算下來它能在這么遠的距離,看起來和普通恒星一樣亮,實際亮度得有多夸張。普通類星體的光度是銀河系的100倍以上,最猛的能達到幾千倍。銀河系有2000多億顆恒星,這么小一個點,直接蓋過整個星系的所有光。這么說吧,就像你家客廳一個小燈泡,亮度直接碾壓了一整座城市的所有夜景,夠離譜吧。
當年天文學家直接被難住了,這么夸張的能量到底從哪來?靠恒星那種核聚變嗎?完全不夠看。太陽每秒燒那么多氫,才能安穩(wěn)燒100億年,類星體亮度是太陽的幾十億甚至上百億倍,單靠核聚變根本撐不住。
早年什么反物質(zhì)碰撞、白洞噴射、接連不斷的超新星爆炸都猜過,這些說法要么有理論漏洞,撐不了多久就被推翻,要么根本不符合觀測結(jié)果,最后全都站不住腳。
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后來觀測技術(shù)越來越先進,設(shè)備靈敏度越來越高,科學家們才慢慢統(tǒng)一了觀點,類星體其實就是瘋狂干飯中的活躍星系核心。幾乎每個大星系中心都藏著一個超大質(zhì)量黑洞,我們銀河系中心也有,就是那個有名的人馬座A星,質(zhì)量比太陽重幾百萬倍,只不過現(xiàn)在它躺平了,不怎么吞噬物質(zhì),安安靜靜的。
類星體中心的黑洞完全不一樣,正處在大吃大喝的活躍期,質(zhì)量最少是太陽的幾千萬倍,多的能達到幾百億倍。這么大質(zhì)量的大家伙,引力恐怖到?jīng)]法想象,周圍的氣體、宇宙塵埃,就連路過的恒星都會被它硬生生拽過去。
這些物質(zhì)掉進黑洞之前,不會直愣愣往里面沖,而是圍著黑洞高速打轉(zhuǎn),慢慢盤旋著靠近,最后堆成一個扁扁的圓盤,也就是我們常說的吸積盤。盤子里的物質(zhì)擠在一起,不斷摩擦互相碰撞,溫度瞬間飆升到幾百萬上千萬度,瘋狂往外釋放各種超強光線和輻射。
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黑洞本身連光都能吞,根本不可能發(fā)光,我們看到的類星體亮光,全都是黑洞周圍這些被加熱的物質(zhì)發(fā)出來的。簡單理解就是,黑洞就像一頭特別能吃的巨獸,不停拉扯吞噬周圍的東西,這些物質(zhì)還沒掉進去就先被扯碎摩擦,這個過程里爆發(fā)出巨量能量,這就是類星體的由來。
現(xiàn)在大體原理已經(jīng)搞清楚了,研究類星體可不只是為了滿足好奇心,用處大得很。它就像一把用來丈量宇宙歲月的超長尺子,天體紅移數(shù)值越大,距離我們就越遙遠,它發(fā)出光的時間也就越早。
比如我們觀測到130億光年外的類星體,此刻到達地球的光線其實早在130億年前就出發(fā)了,那會兒整個宇宙才剛剛誕生8億年左右。一顆顆遙遠的類星體,就好比散落在太空中的時間膠囊,讓我們能直觀看到宇宙剛出生時的原始模樣。
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天文學家通過研究這些古老的類星體,才能一步步弄清楚,宇宙里第一批星系和黑洞是什么時候誕生的,又是怎么慢慢演化成現(xiàn)在的樣子。宇宙早期的再電離時代,整個世界從一片漆黑慢慢變得透亮,類星體被認定是當時提供電離能量的核心來源之一。
搞懂類星體,我們就有機會弄清楚,宇宙最初的第一縷光到底從哪來。它還有一個更巧妙的用法,那就是當天然引力透鏡。愛因斯坦的廣義相對論說,大質(zhì)量物體會彎曲時空,進而改變光線的傳播方向。
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當一個前景星系擋在我們和遙遠類星體之間,星系的引力會把類星體的光扭曲放大,甚至分裂成好幾個一模一樣的虛像。天文學家根據(jù)這些虛像的形態(tài)和亮度,就能反推出中間星系的質(zhì)量分布,甚至還能探測暗物質(zhì)。
類星體就像一個天然信標,在百億光年外打了一束光,這束光穿過宇宙,沿途任何一點引力變化都會被我們捕捉到,這比任何人造探測儀器都要好用。所以研究類星體,真的不是什么獵奇愛好,它讓人類有能力稱量宇宙,追溯時間的起點。
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可就算到今天,類星體身上還是掛著好幾個沒解開的懸案,一個比一個讓人撓頭。第一個就是演化謎題,觀測發(fā)現(xiàn)在宇宙早期類星體數(shù)量特別多,到處都是,到了最近幾十億年,就變得非常稀有。
這說明類星體更像是宇宙年輕時的產(chǎn)物,那時候星系碰撞頻繁,周圍氣體足夠豐富,黑洞很容易就能大吃大喝。現(xiàn)在宇宙穩(wěn)定下來,黑洞大多也都安靜下來躺平了。那類星體到底是每個星系年輕時的必然階段,還是特殊環(huán)境下撞出來的偶然產(chǎn)物,目前還沒有完美的解釋。
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第二個懸案就是最有意思的變臉,之前有一個活動星系核統(tǒng)一模型,大概意思就是不同類型的活動星系核本質(zhì)一樣,只是我們觀測的角度不同,所以看起來不一樣。正對著黑洞噴流看是耀變體,側(cè)著看是類星體,再偏一點看就是賽弗特星系,這個模型之前大家都覺得完美無缺。
最近十幾年天文學家發(fā)現(xiàn),有些類星體真的會變臉,幾年甚至幾個月內(nèi),光譜類型就變了。本來有明顯的寬發(fā)射線,突然就沒了變成窄線型,過一陣子又變回來。按傳統(tǒng)模型,光譜型由觀測角度決定,觀測角度短時間內(nèi)不可能自己變,那唯一的解釋就是吸積盤本身的物理狀態(tài)發(fā)生了劇烈變化。
這直接動搖了之前統(tǒng)一模型的根基,現(xiàn)在變臉機制還是國際天文學界的爭論熱點,有人說是潮汐撕裂恒星事件導致的,也有人說是吸積盤本身不穩(wěn)定造成的,誰也說服不了誰。
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第三個懸案同樣讓天文學家頭疼,我們已經(jīng)觀測到不少宇宙誕生不到10億年,就已經(jīng)達到百億倍太陽質(zhì)量的類星體,這么大質(zhì)量的黑洞,怎么能在宇宙這么短的早期就長到這么大,目前也沒有公認的完美解釋。
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人類從發(fā)現(xiàn)類星體到現(xiàn)在也就60多年,60多年前我們連它是什么都不知道,今天已經(jīng)能說清它的能量機制,拿它當宇宙探針,甚至還發(fā)現(xiàn)了刷新認知的變臉現(xiàn)象。一個比太陽系大不了多少的小東西能蓋過銀河系,百億年前的光剛好飄到地球被我們看到,這件事本身就足夠奇妙。
參考資料:科技日報 《探秘類星體:能變臉的黑洞與未解懸案》
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