耀變體，宇宙中比黑洞還暴躁的怪獸，「槍口」對準了地球

2020-10-18 科學求知之者

提起宇宙中的怪物，大家首先想到的，就是黑洞了。不過，對這個直徑達到942億光年的宇宙來說，如果只有黑洞這一種怪物，那就有點忒寒磣了。

今天，咱們要聊一聊比黑洞還恐怖的天體——耀變體。

1929年，加拿大的大衛·鄧拉普天文臺在宇宙深處發現了一個神秘的天體，它的亮度在不斷地變化。當時，人們以為這是一顆銀河系的變星，於是按照變星的命名法來給它命名。

後來，當射電望遠鏡越來越強大，科學家發現，它的變化和變星並不相同，而是類似於黑洞的相對論性噴流。而它的紅移值也告訴我們，它遠不是銀河系內的天體，而是距離我們近30億光年。於是，科學家單獨給它起了個名字——蝎虎座BL（BL Lacertae 或BL Lac）。隨著其他類似的天體被發現，科學家們將它們統一稱作蝎虎座BL型天體（BL Lacertae-type objects，簡稱BL Lac object或BL Lac）。1978年天文學家埃德·施皮格爾創造了一個詞語給他們分類——blazar，中文譯作耀變體。

目前科學家認為，耀變體屬於活躍星系核的一種。活躍星系核又是啥呢？根據字面意思就能明白，這是一種非常活躍的星系核，雖然尺度通常只有1光年，但是其光度遠遠超過了自己所在的星系。包括蝎虎座BL型天體、類星體、西佛星系等在內的天體，都屬於活躍星系核。

而耀變體，是活躍星系核中比較特殊的一種，大致可以分為兩類——蝎虎座BL型天體和高變類星體（blazar的名字也是兩種天體英文名結合而成的），另外還有介於二者之間的過渡天體。至於蝎虎座BL型天體和高變類星體之間的區別，目前比較普遍的說法是，前者和較弱的電波星系有關，後者則是和較強的電波星系相關，它們在輻射量豐度上有一定的區別。

本質上來說，這些活躍星系核，都是以中心的超大質量黑洞為主。如果你非要說活躍星系核，或者說耀變體的本質是黑洞，其實也有道理。當這些黑洞周圍的物質被吞噬的時候，會有能量以光子、電子、正電子等粒子的形式釋放出來，速度接近光速，而且非常劇烈。在黑洞強大的磁場和輻射風的作用下，這些能量基本被束縛起來，朝著單一的方向噴射到宇宙空間，這就是黑洞的相對論性噴流。

耀變體之所以特殊，就在於它們的相對論性噴流恰好指向或者基本上是指向地球的。因此，對於我們地球來說，屬於恰好面對著它們的「槍口」，所以顯得尤其明亮。

自從確定了耀變體這個分類後，科學家們就一直在對它們進行不斷的觀測。

除了美國的哈勃太空望遠鏡兼職觀測之外，還有費米伽瑪射線太空望遠鏡（原名「伽馬射線廣域空間望遠鏡」Gamma-ray Large Area Space Telescope）做著相對專職的耀變體觀測任務。

2017年，NASA戈達德太空飛行中心的天文學家Roopesh Ojha宣布，費米伽瑪射線太空望遠鏡兩年來對5個最原始的耀變體進行了深入觀測，其中最近的一個，距離我們也有119億光年。這些耀變體都極其恐怖，其中兩個的質量都至少在太陽的10億倍以上。它們每秒鐘釋放的能量，也達到了太陽的20000億倍！

圖片說明：費米太空望遠鏡和耀變體假想圖

同時，為了更好地觀測耀變體，全世界的科學家聯合當地的望遠鏡，展開了更加宏大的觀測項目——VLBI。

VLBI全稱叫做甚長基線幹涉測量（very long baseline interferometry），簡單說，就是利用不同區域的射電望遠鏡，在時間同步和相位同步的條件下觀測，這就相當於構建了一個口徑極大的虛擬望遠鏡。如果這些望遠鏡的分布在世界的兩端，那麼就可以看作是一個口徑為地球直徑的超級望遠鏡。

沒錯，就類似於去年拍攝第一張黑洞照片的事件視界望遠鏡。

我國的上海天馬65米望遠鏡、雲南昆明40米望遠鏡、新疆烏魯木齊26米望遠鏡，均參與了歐洲VLBI網與東亞VLBI網的觀測。

今年1月份，中科院上海天文臺領銜的中外研究團隊在國際權威學術期刊《自然-通訊》上發表了研究論文，公布了對耀變體J0906+6930繪製的高解析度圖像。

J0906+6930最早於2004年被發現，距離我們有127億光年。那個時候，宇宙還很年輕，剛剛完成再電離（再電離的內容我們會在最近的【宇宙出生日記】欄目中介紹）。因此，J0906+6930很可能是宇宙中最早的一批超大質量黑洞。而在中科院上海天文臺所擁有的耀變體樣本中，J0906+6930是最為明亮的一個，而且非常便於觀測。

2017年的時候，上海天馬65米望遠鏡等設備就對準了它，展開了觀測和研究。經過三年的研究，最終發表了上述論文。

正是由於很多耀變體存在於宇宙的最深處，這也意味著它們是宇宙最古老的天體之一。對於一百多億年前宇宙發生了什麼非常好奇的科學家來說，這些遙遠的天體就是最好的見證者。同時，對於耀變體的研究，或許也可以幫助科學家進一步確定哈勃常數的範圍——這和宇宙的膨脹速度直接相關，後者暗示著宇宙未來的命運。

因此，耀變體對於科學家來說，具有極大的吸引力。也許，解開宇宙演化之謎的鑰匙，就藏在耀變體之中吧！

相關焦點

  • 觀測到已知宇宙中，最遙遠的耀變體，130億年前就存在了！
    文章來自：博科園官網儘管PSOJ030947.49+271757.31可能很難記住，但它是迄今為止觀測到最遠的一顆耀變體，它揭示了關於古代黑洞的重要細節，並對宇宙演化理論施加了嚴格的限制，它發出的光，大約是宇宙年齡不到10億年的時候，幾乎是130億年前。
  • 古老的超大質量黑洞擁有指向地球的粒子束
    簡介：最新發現的超重宇宙黑洞粒子—— PSO J030947.49+271757.31 –是迄今最遠的耀變星，且其粒子束恰巧直指地球，利於分析其光束。耀變星是位於活躍星系核心的超大質量黑洞。對它們的觀測對於研究黑洞種群規模有很大意義。
  • 宇宙「怪獸」:諾貝爾獎為何聚焦黑洞研究?
    10月6日，英國人羅傑·彭羅斯、德國人賴因哈德·根策爾和美國人安德烈婭·蓋茲因在黑洞研究中做出的貢獻而被授予2020年諾貝爾物理學獎。黑洞是什麼？怎麼識別？阿根廷布宜諾斯艾利斯經濟新聞網盤點了上述問題。　　什麼是黑洞？
  • 宇宙「怪獸」：諾貝爾獎為何聚焦黑洞研究？
    報導稱，愛因斯坦1915年提出的廣義相對論可以解釋黑洞的原理。這些宇宙「怪獸」的引力大到什麼都無法逃脫，無論是物質還是光，無論是什麼波長。作為宇宙中的最快速度，如果光都無法從黑洞逃脫，那麼其他東西更做不到。如何識別？
  • 探索宇宙的奧秘,浩瀚宇宙中的黑洞究竟是什麼樣子?
    大家好，我是本文的作者小林，歡迎閱讀我的文章，先送你一個麼麼噠~能關注我就送你兩個麼麼噠~廣袤無垠的宇宙中，光與影交織出一幅絢麗圖畫。人類總是對夜空中的閃閃繁星如痴如醉充滿嚮往，而宇宙的奧秘就是潛藏在這無邊的黑暗之中。
  • 黑洞加速出宇宙中能量最高的粒子
    高能宇宙線起源之謎耀變體（Blazar）是活動星系核的一種，是由星系中央的巨大黑洞吸積大量物質而產生劇烈天文現象。黑洞將吸積物質的引力能，或者黑洞的轉動能量，轉化為強大的相對論噴流。如果噴流指向我們的視線，就構成耀變體。
  • 神秘黑洞向地球噴射死亡射線,已有百億高齡,10億倍於太陽
    英國《地鐵報》3月14日報導，近日，據一位義大利天文學家表示，一個百億高齡，且質量10億倍於太陽的神秘巨型宇宙黑洞，正在向著地球的方向噴射死亡射線。這個神秘黑洞名為PSO J0309+27，它的實際年齡要推算到距今在一百億年之前。
  • 距離地球130億光年!天文學家發現最遙遠、最古老的耀變體
    這一發現暗示了在原始宇宙中存在許多類似星系，但因為噴流方向，使之很難被直接探測到。 而朝地球方向有物質噴流的類星體則被稱為耀變體。 天文學家是如何發現這顆耀變體的？
  • 來自罕見星系的最遠黑洞
    天文學家認為，這些高能光子來自星系中心的超大質量黑洞附近，黑洞吞噬周圍的物質，並釋放出噴流（平行物質流和輻射）。這種星系被稱為活躍星系，只有不到1%的活躍星系會偶爾發射朝向地球的噴流。科學家將此類特殊的活躍星系稱為「耀變體」，它們是宇宙中最強大的輻射源之一。耀變體分為兩種類型：BL Lac和平面光譜輻射類星體（FSRQs）。目前，人類對這些神秘天體的理解是：FSRQs是相對年輕的活躍星系，其中心黑洞被大量塵埃和氣體環繞。
  • 華裔科學家發現「怪獸」黑洞 —新聞—科學網
    據英國《衛報》報導，美國國家航空航天局(NASA)於當地時間6日宣布，華裔旅美女科學家馬中珮所領導的團隊在宇宙稀疏偏遠處發現一個超大黑洞，該黑洞被研究團隊暱稱為「NGC1600怪獸」。 太空新聞網站Space.com指出，馬中珮團隊發現的超大黑洞，在距地球2億光年、只有約20個小星系的NGC1600星系中心，質量是太陽的170億倍，只比至今發現質量是太陽210億倍大的最大黑洞稍小一些。這個黑洞位於團隊形容為「銀河沙漠」的區域，因為該處原先被認為是幾乎空無一物。
  • 國家地理紀錄片《宇宙怪獸：黑洞》全1集高清紀錄片百度雲盤下載
    ,只不過它的密度極大, 靠近它的物體都被它的引力所約束(就好像人在地球上沒有飛走一樣)。對於地球來說，以第二宇宙速度來飛行就可以逃離地球，但是對於黑洞來說，它的第二宇宙速度之大，竟然超越了光速，所以連光都跑不出來，於是射進去的光沒有反射回來，我們的眼睛就看不到任何東西，只是黑色一片。一些科學家認為光的速度比黑洞慢，所以被吸進去，當速度比黑洞快時就可以穿過黑洞邊緣。
  • 黑洞是平滑還是粗糙的?為什麼說黑洞會跳舞?
    對黑洞的探究，是無數人類孜孜以求的。黑洞讓廣闊的宇宙蒙上了一層更為豐富而神秘的色彩？既然黑洞顧名思義，是黑色的，那麼在同樣是無邊黑暗的宇宙裡，我們要如何去辨別這黑洞的存在？宇宙中究竟有多少黑洞的存在，黑洞是什麼樣子的，黑洞之間一般保持著多大的距離，一個黑洞是否能將另一個黑洞吸入？我們對宇宙有無數的問題，無數的問題仍在等待解答。
  • 來自罕見星系的最遠黑洞，或將挑戰現有天文學觀點
    天文學家認為，這些高能光子來自星系中心的超大質量黑洞附近，黑洞吞噬周圍的物質，並釋放出噴流（平行物質流和輻射）。這種星系被稱為活躍星系，只有不到1%的活躍星系會偶爾發射朝向地球的噴流。科學家將此類特殊的活躍星系稱為「耀變體」，它們是宇宙中最強大的輻射源之一。耀變體分為兩種類型：BL Lac和平面光譜輻射類星體（FSRQs）。目前，人類對這些神秘天體的理解是：FSRQs是相對年輕的活躍星系，其中心黑洞被大量塵埃和氣體環繞。
  • 科學家在南極發現中微子 將這樣改變宇宙
    科學家在地球上發現了一個「幽靈般」的亞原子粒子，一個困擾了科學家半個多世紀的宇宙之謎也許總算能就此解開。此次找到的高能中微子是該類型中首次被人類發現的粒子。科學家對其追根溯源，發現其來自40億光年外的一處橢圓星系。該星系中央有一個巨大的黑洞，中心直接瞄準地球發射光線和輻射。該星系屬於「耀變體」。
  • 科學家在南極發現中微子 或改變我們認識宇宙方式
    此次找到的高能中微子是該類型中首次被人類發現的粒子。科學家對其追根溯源，發現其來自40億光年外的一處橢圓星系。該星系中央有一個巨大的黑洞，中心直接瞄準地球發射光線和輻射。科學家認為，此次發現這種早在地球形成前便由「耀變體」發射出去的「幽靈粒子」，可以為我們提供一種全新的看待宇宙的方式。2017年9月22日，「冰立方」觀測站探測到一顆中微子後，天文學家爭相尋找它的源頭——位於一個遙遠星系中央的超大質量黑洞。此次發現的中微子可能源自快速旋轉的超大質量黑洞兩極釋放出的加速高能粒子流。
  • 關於宇宙你不知道的32個有趣的小知識
    如圖所示，太陽和木星的公共質心大致在太陽表面 4.宇宙中能量最強的物質是什麼？恆星？超新星？還是黑洞？他們都比不過耀變體。耀變體是存在於活躍星系中一個放射性吸積盤裡的超大質量的黑洞。它以近光速從兩端向我們的方向發出放射性的噴射流。
  • 宇宙中最大的物體是什麼?
    ，離地球約250萬光年。做個同樣的數學運算，乘坐相同的宇宙飛船，你需要28億年的時間去穿越該星系，還不包括從地球到那裡的時間。 有些人可能會說宇宙中最大的物體是CfA2長城——目前宇宙中已知的最大的超結構。它是由許多星系組成的巨大網狀區域。該結構的總體尺寸為：長100億光年，寬72億光年，厚度10億光年。由於這樣的結構體吸收了可觀測宇宙的三分之一，故對同質性的概念產生了極大的挑戰。
  • 科學家：宇宙早期到處都是巨型黑洞！為什麼它們現在都不見了？
    黑洞可能是大家最感興趣的天體，最靠近地球的黑洞是麒麟座V616，距離大約2800光年，這個距離遠嗎？從最近的比鄰星4光年來比較，應該是個非常遙遠的距離，但從宇宙的尺度上來看，又是一個非常近的距離！現代天文學對於黑洞的形成有幾種理論：如何形成黑洞？一種認為是恆星型黑洞，即超大質量恆星在晚期直接坍縮而成或者在超新星爆發的過程中形成黑洞。而另一種理論則是宇宙大爆炸時產生的原初黑洞，一般恆星型黑洞不太可能超過太陽質量的幾十倍，但原初黑洞則沒有上限。
  • 科學家:宇宙早期到處都是巨型黑洞!為什麼它們現在都不見了?
    黑洞可能是大家最感興趣的天體，最靠近地球的黑洞是麒麟座V616，距離大約2800光年，這個距離遠嗎？從最近的比鄰星4光年來比較，應該是個非常遙遠的距離，但從宇宙的尺度上來看，又是一個非常近的距離！也不是，因為黑洞在吸積物質時會在自轉盤面的垂直中心向兩側延伸出一條相對論性噴流，一般認為相對論性噴流的直接成因是中心天體吸積盤表面的磁場沿著星體自轉軸的方向扭曲並向外發射形成，相對性噴流是超新星爆發，黑洞吸積中的伽瑪射線暴主要成因，這些噴出的粒子速度是宇宙中最快的速度之一。