揭開神秘的類星體之謎

2021-02-15 中科院物理所

        是時候來揭開神秘的類星體之謎了。如果你已經看過我們前面第一篇關於類星體的文章，那你就會知道早期觀測到的類星體亮度很高並且射電也很強。後來，射電較弱亮度較高的類星體也被觀測到。這很有趣，因為這意味著並不是一個簡單的能量源來隨機生產能量，否則類星體的光學亮度和射電強度應是緊密相關的。

然後在另一篇文章中，我們談到了關於類星體的亮度會隨著時間的推移而發生一些變化，並且我們可以據此知道類星體的大小。我們所發現的是儘管類星體能夠亮如星系，但它們的個頭卻相對非常小，僅有數光年。這意味著我們可以排除超新星和核聚變作為其能量源。

我們接下來要講到第三個線索，這是來自於對宇宙中的其他明亮天體的觀測。其中一種天體被稱為射電星系，這些星系能發出很強的射電輻射，但在可見光譜中並不是異常明亮。類星體則是亮度很高，有些射電很強有些又很弱。還有一些天體如耀變體在寬光譜段也是非常明亮的。雖然這些天體最初看似大相逕庭，但它們都來自於星系中，而且它們都有一個體積很小（星系尺度）的能量來源。

當然，我們知道有一種體積很小但卻非常強大的能量源，那就是黑洞。有大量的證據表明，在我們銀河系的中心存在一個超大質量黑洞，並且在大多數其他星系中亦是如此。因此，這似乎合乎其理，黑洞可能就是這些非常明亮天體的能量源。

但是，我們怎麼來證明這是事實呢？關鍵是要認識到類星體、射電星系和耀變體都是存在關係的。

當一個超大質量黑洞吞噬附近的氣體、塵埃和恆星之時，這就是活躍星系核。這些活躍的黑洞被由超高溫物質組成的圓盤所環繞，此即為吸積盤。它們也會在兩極以接近光速噴射出氣體和塵埃，這種噴射是在一種相當複雜的過程中形成，但基本上，吸積盤中的一些物質從熱場和磁場中獲得非常巨大的能量，它們就會被噴射出來並逃逸而不是落入黑洞。你可以在下圖中看到所有這一切的

基本模型。

吸積盤中的物質是在靠近黑洞的軌道上繞著黑洞旋轉，這意味著吸積盤中的所有帶電粒子被加速了。在加速帶電粒子時，它們會沿運動方向發射出無線電波，稱為同步輻射。因此，如果沿著吸積盤的邊緣觀測活躍星系核，並不會在可見光譜中看到吸積盤的大部分，而是會觀測到大量的射電能量。換言之，你會看到一個射電星系。

如果你以一定角度觀測到一個活躍星系核，你會看到來自過熱吸積盤中的強烈可見光；而基於角度的大小，也可能（或可能不會）看到強烈的無線電波，這就是類星體。

最後，如果沿著黑洞的噴射方向觀測到一個活躍星系核，你就會看到非常強烈的能量源，這就是耀變體。

因此，現在我們知道，類星體就是在星系中心的活躍黑洞。因為我們看到的類星體紅移很高，所以我們知道即便在最早的星系中也存在著這樣的星系黑洞。我們也知道，類星體是各種不同類型的活躍黑洞的一部分。

所有的這一切都是完全取決於觀測角度。

來源：怪羅網

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