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类星体

行進 07, 2023

提示：此条目的主题不是類星。

類星體 （英語：quasar，/ˈkweɪzɑːr/，也以QSO或quasi-stellar object為人所知）是極度明亮的活躍星系核（AGN，active galactic nucleus）。大多數星系的核心都有一個超大質量黑洞，它的質量從百萬至數十億太陽質量不等。在類星體和其它形式的活躍星系核，黑洞被氣態的吸積盤環繞著。當吸積盤中的氣體朝向黑洞墜落，能量就會以電磁輻射的形式釋放出來。這些輻射被觀測到，發現它可以跨越電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、和γ射線等電磁頻譜的波長。類星體輻射的功率非常巨大：最強大的類星體的光度超過1041 瓦特，是銀河系等普通星系的數千倍[2]。"類星體"這個名詞源自於準恆星狀電波源（quasi-stellar[star-like] radio source）的縮寫，因為在1950年代發現這種天體時，被認定為未知物理源的電波發射源，當在可見光的照相圖中篩檢出來時，它們類似可見光的星狀微弱光點。類星體的高解析影像，特別是哈伯太空望遠鏡，已經證明類星體是發生在星系的中心，一些類星體的宿主星系是強烈的交互作用星系或合并中的星系[3]。與其它類型的活躍星系核，類星體的觀測性質取決於許多因素，包括黑洞的質量、氣體的吸積率、吸積盤相對於觀測者的方向、存在或沒有噴流、和被氣體和在宿主星系內宇宙塵的消光 (天文學)程度。類星體存在的距離非常廣泛（對應於範圍從Z<0.1至Z>7.0為最遙遠的類星體），類星體發現的調查證明類星體的活動在遙遠的過去更為常見。類星體活躍的高峰時期在宇宙對應於紅移大約2，也就是100億年前[4]。截至2017年，發現已知最遙遠的類星體是ULAS J1342+0928，紅移z=7.54；觀測從這個類星體發出的光，觀測到當時的宇宙年齡只有6.9億歲。這個類星體中的超大質量黑洞是迄今為止發現的最遙遠黑洞。估計它的質量是我們的太陽的8億倍[5][6][7]。

藝術家想像中的類星體ULAS J1120+0641與被喧染的吸積盤。這是一個非常遙遠的類星體，由一個質量是太陽20億倍的黑洞所驅動[1]。創建者：ESO/M. Kornmesser

詞源

"類星體"這個名詞是由華裔美國天文物理學家丘宏義在1964年5月發表在《今日物理學（英语：Physics Today）》中，描述某些天文學上令人費解的天體時創造的：

So far, the clumsily long name 'quasi-stellar radio sources' is used to describe these objects. Because the nature of these objects is entirely unknown, it is hard to prepare a short, appropriate nomenclature for them so that their essential properties are obvious from their name. For convenience, the abbreviated form 'quasar' will be used throughout this paper. 到目前為止，因為這些天體的本質是完全未知的，所以很難為它們編寫一個簡短、適當的命名，所以用來描述這種天體的名稱是笨拙又冗長的'quasi-stellar radio sources'（準恆星無線電波源）。為了方便起見，本文將使用縮寫形式的quasar（類星體）。

觀測和解釋的歷史

 
史隆數位巡天的類星體3C 273影像，說明外觀像星狀的天體。
 
哈伯太空望遠鏡的3C 273影像。右圖，一個日冕儀被用來阻擋類星體的光源，因而更容易探測到周圍的宿主星系。

背景

主条目：星系 § 與其他星雲的區別

在1917年和1922年間，由於希伯·柯蒂斯、恩斯特·奧匹克和其他人的工作，有些天體（"星雲"）被天文學家看見實際上是像我們銀河系一樣的遙遠星系。但是，當電波天文學在20世紀50年代開啟時，天文學家在星系之間發現少量的異常天體，它們的屬性是難以解釋的。

這些物體在許多頻率上發射大量的輻射，但沒有一個可以在可見光上定出位置，或者在某些情況下只有一個微弱和點狀（英语：point-like）的物體，有點像一顆遙遠的恆星。這些物體的譜線，標示物體組成的化學元素，也非常的奇怪，並且無從解釋。它們中的一些，在可見光的範圍內非常迅速的改變光度，甚至在X射線範圍內能更迅速的變化，暗示它們大小的上限，也許不大於我們自己的太陽系[8]。這意味著有非常高的功率密度[9]。 對這些天體可能是甚麼進行了大量的討論。它們被描述為"準星"（意思是像星但不是星）"電波來源"或"準星天體"（QSOs），這個名字反映出當時對這種天體的無知，然後被縮短成"類星體"（"quasar"）。

早期的觀測（1960年代之前）

最早的類星體（3C 48和3C 273）是在1950年代後期的全天電波源調查中發現的[10][11][12][13]。它們首先被注意到沒有可見光天體能與些電波源對應。 用小望遠鏡和洛弗爾望遠鏡作為干涉儀，它們被證實有著非常小的視直徑[14]。當天文學家在天空中掃描它們的光學對應體時，有數以百計的這類天體被記錄在劍橋的3C星表。在1963年，艾倫·桑德奇和Thomas A. Matthews（英语：Thomas A. Matthews）發表文章證明電波源3C 48有明確的光學對應體。天文學家在電波源的位置發現一顆微弱的藍色恆星，並獲得了他的光譜，其中有許多未知的寬闊發射譜線。反常的頻譜讓天文學家難以解釋。

英澳（英语：British-Australian people）天文學家約翰·博爾頓對類星體做了許多早期的觀測，包括在1962年的突破。另一個電波源3C 273，被預測將被月球掩蔽5次。Cyril Hazard（英语：Cyril Hazard）和約翰·博爾頓使用帕克斯電波望遠鏡測量了其中一次的掩蔽，讓馬爾滕·施密特找到一個可以和這個電波源對應的可見光源，並且使用帕洛瑪山200吋的海爾望遠鏡取得可見光的光譜。這一光譜顯示了同樣的奇怪發射譜線。施密特證明了這些都是普通的氫譜線，只是被紅移了15.8% －天文學家從未見過的極端紅移。如果這是由於"恆星"的移動造成，那麼3C 273的速度約為每秒47,000公里，遠遠超過任何已知恆星的速度，並違背了任何明顯的解釋[15]。極端的速度也不能說明3C 273巨大的電波發射量。

雖然，它引發了許多問題，但施密特的發現迅速徹底改革了類星體的觀測。3C 48奇怪的光譜迅速的被施密特、格林斯坦和Oke發現是氫和鎂被紅移37%的譜線。不久之後，1964年有2個以上，1965年有5個以上的類星體光譜被證明是普通的光譜線被極端程度的紅移造成[16]。

雖然，這些觀測和紅移本身沒有被懷疑，但如何正確的解釋卻引起了爭議。博爾頓建議從類星體發射的輻射，來源是高度紅移的遙遠高速天體的普通光譜線，在當時未被廣泛地接受。

物理的理解和發展（1960年代）

主条目：紅移、膨脹宇宙（英语：metric expansion of space）和宇宙

类星体的命名

类星体的命名统一在前面冠以类星体的英文缩写QSO，然后加上类星体在天球上的位置坐标。例如：类星体3C48，位于赤经13h35m, 赤纬 +33度，于是命名为QSO01335+33。

类星体的特征

绝大多数类星体都有非常大的红移值（用Z表示）。类星体3C273（QSO1227+02）的Z=0.158，远远超过了一般恒星的红移值。有不少类星体的红移值超过了1，有的甚至达到4以上，至今发现的最远的类星体为ULAS J1120+0641，其红移达到7.1，形成於大爆炸7.5億年後。ULAS J1342+0928形成於大爆炸6.9億年後，是已知最古老的類星體和超大質量黑洞。[17]根据哈伯定律，它们的距离远在几亿到上百亿光年之外。

观测发现，有的类星体在几天到几周之内，光度就有显著变化。因为辐射在星体内部的传播速度不可能快于光速，因此可以判定这些类星体的大小最多只有几“光日”到几“光周”，大的也不过几光年，远远小于一般的星系尺度。

类星体最初是在射电波段发现的，然而它在光学波段、紫外波段、X射线波段都有很强的辐射，射电波段的辐射只是很小的一部分。

根据以上事实可以想到，既然类星体距离我们如此遥远，而亮度看上去又与银河系裡普通的恒星差别不大（例如3C 273的星等为13等），那么它们一定具有相当大的辐射功率。计算表明，类星体的辐射功率远远超过了普通星系，有的竟达到银河系辐射总功率的数万倍。而它们的大小又远比星系小，这就提出了能量疑难，也就是说：尚无法确认类星体的能量机制及其能量来源。

历史上的研究

在类星体发现后的二十余年时间里，人们众说纷纭，陆续提出了各种模型，试图解释类星体的能源疑难。比较有代表性的有以下几种：

  • 黑洞假说：类星体的中心是一个巨大的黑洞，它不断地吞噬周围的物质，并且辐射出能量。
  • 白洞假说：与黑洞一样，白洞同样是广义相对论预言的一类天体。与黑洞不断吞噬物质相反，白洞源源不断的辐射出能量和物质。
  • 反物质假说：认为类星体的能量来源于宇宙中的正反物质的湮灭。
  • 巨型脉冲星假说：认为类星体是巨型的脉冲星，磁力线的扭结造成能量的喷发。
  • 近距离天体假说：认为类星体并非处于遥远的宇宙边缘，而是在银河系边缘高速向外运动的天体，其巨大的红移是由地球相对运动的多普勒效应引起的。
  • 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。

目前研究以黑洞說為主流。[18]对类星体的进一步观测发现了一些新的现象，例如光谱中不同元素的谱线红移值并不相同，发射线和吸收线的红移值也不尽相同。

在一些类星体中发现了超光速运动的现象。例如1972年，美国天文学家发现类星体3C120的膨胀速度达到了4倍光速。还有人发现类星体3C273中两团物质的分离速度达到了9倍光速。而类星体3C279（QSO1254-06）内物质的运动速度达到光速的19倍。人们起初认为这对相对论提出了巨大的挑战。最近的研究表明，这些超光速运动现象只是“视超光速”现象，起因于类星体发出的与观测者视线方向夹角很小的亚光速喷流，实际上并没有超过光速。

活动星系核模型

20世纪90年代中期，随着观测技术的提高，类星体的谜团开始逐渐被揭开。其中一个重要的成果是观测到了类星体的「宿主星系」，并且测出了它们的红移值。由于类星体的光芒过于明亮，掩盖了宿主星系相对暗淡的光线，所以宿主星系之前并没有引起人们的注意。直到在望远镜上安装了类似观测太阳大气用的日冕仪一样的仪器，遮挡住类星体明亮的光，才观测到了它们所处的宿主星系。

现在科学界已经达成共识，类星体实际是一类活动星系核（AGN）。而在同一时期，赛弗特星系和蝎虎BL天体也被证实为是活动星系核，一种试图统一射电星系、类星体、赛弗特星系和蝎虎BL天体的活动星系核模型逐渐受到普遍认可。

这个模型认为，在星系的核心位置有一个超大質量黑洞，在黑洞的强大引力作用下，附近的尘埃、气体以及一部分恒星物质围绕在黑洞周围，形成了一个高速旋转的巨大的吸积盘。在吸积盘内侧靠近黑洞视界的地方，物质掉入黑洞里，伴随着巨大的能量辐射，形成了物质喷流。而强大的磁场又约束着这些物质喷流，使它们只能够沿着磁轴的方向，通常是与吸积盘平面相垂直的方向高速喷出。如果这些喷流刚好对着观察者，就观测到了类星体，如果观察者观测活动星系核的视角有所不同，活动星系核则分别表现为射电星系、赛弗特星系和蝎虎BL天体。这样一来，类星体的能量疑难初步得到解决。

类星体与一般的那些“平静”的星系核不同之处在于，类星体是年轻的、活跃的星系核。由类星体具有较大的红移值，距离很遥远这一事实可以推想，我们所看到的类星体实际上是它们许多年以前的样子，而类星体本身很可能是星系演化早期普遍经历的一个阶段。随着星系核心附近“燃料”逐渐耗尽，类星体将会演化成普通的旋涡星系和椭圆星系。

參考資料

  1. ^ Most Distant Quasar Found. ESO Science Release. [4 July 2011]. （原始内容于2020-03-12）. 
  2. ^ Wu, Xue-Bing; et al. An ultraluminous quasar with a twelve-billion-solar-mass black hole at redshift 6.30. Nature. 2015, 518 (7540): 512 [5 March 2017]. Bibcode:2015Natur.518..512W. arXiv:1502.07418  . doi:10.1038/nature14241. （原始内容于2017-10-01）. 
  3. ^ Bahcall, J. N.; et al. Hubble Space Telescope Images of a Sample of 20 Nearby Luminous Quasars. The Astrophysical Journal. 1997, 479 (2): 642 [5 March 2017]. Bibcode:1997ApJ...479..642B. arXiv:astro-ph/9611163  . doi:10.1086/303926. （原始内容于2020-05-03）. 
  4. ^ Schmidt, Maarten; Schneider, Donald; Gunn, James. Spectrscopic CCD Surveys for Quasars at Large Redshift.IV.Evolution of the Luminosity Function from Quasars Detected by Their Lyman-Alpha Emission. The Astronomical Journal. 1995, 110: 68. Bibcode:1995AJ....110...68S. doi:10.1086/117497. 
  5. ^ Bañados, Eduardo; et al. An 800-million-solar-mass black hole in a significantly neutral Universe at a redshift of 7.5. Nature. 6 March 2018, 553 (7689): 7 [6 December 2017]. Bibcode:2018Natur.553..473B. arXiv:1712.01860  . doi:10.1038/nature25180. （原始内容于2019-08-30）. 
  6. ^ Choi, Charles Q. Oldest Monster Black Hole Ever Found Is 800 Million Times More Massive Than the Sun. Space.com. 6 December 2017 [6 December 2017]. （原始内容于2017-12-06）. 
  7. ^ Landau, Elizabeth; Bañados, Eduardo. . NASA. 6 December 2017 [6 December 2017]. （原始内容存档于2019-02-18）. 
  8. ^ Hubble Surveys the "Homes" of Quasars. HubbleSite. 1996-11-19 [2011-07-01]. （原始内容于2016-07-06）. 
  9. ^ . Neutrino.aquaphoenix.com. [2011-07-01]. （原始内容存档于2011-07-07）. 
  10. ^ Shields, Gregory A. A BRIEF HISTORY OF AGN. The Publications of the Astronomical Society of the Pacific. 1999, 111 (760): 661–678 [3 October 2014]. Bibcode:1999PASP..111..661S. arXiv:astro-ph/9903401  . doi:10.1086/316378. （原始内容于2009-09-12）. 
  11. ^ Our Activities. European Space Agency. [3 October 2014]. （原始内容于2019-07-20）. 
  12. ^ Matthews, Thomas A.; Sandage, Allan R. . Astrophysical Journal. 1963, 138: 30–56 [2018-06-18]. Bibcode:1963ApJ...138...30M. doi:10.1086/147615. （原始内容存档于2017-09-26）. 
  13. ^ Wallace, Philip Russell. Physics: Imagination and Reality. 1991. ISBN 9789971509293. 
  14. ^ The MKI and the discovery of Quasars. Jodrell Bank Observatory. [2006-11-23]. （原始内容存档于2011-08-23）. 
  15. ^ Schmidt Maarten. 3C 273: a star-like object with large red-shift. Nature. 1963, 197 (4872): 1040–1040. Bibcode:1963Natur.197.1040S. doi:10.1038/1971040a0. 
  16. ^ 存档副本. [2018-06-18]. （原始内容于2009-09-12）. 
  17. ^ Oldest Monster Black Hole Ever Found Is 800 Million Times More Massive Than the Sun. [2017-12-15]. （原始内容于2017-12-06）. 
  18. ^ 層層透視大宇宙：黑洞秘密（Strip the Cosmos: Secrets of the Black Hole）. 科學頻道. 2014-11-12.

参阅

维基共享资源中相关的多媒体资源：类星体

外部链接

  • 弗吉尼亚理工关于类星体的FAQ（英文） （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  • APOD的类星体图片（英文） （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  • 哈勃太空望远镜拍摄的类星体和活动星系核图片列表（英文） （页面存档备份，存于互联网档案馆）

行進 07, 2023
类星体, 提示, 此条目的主题不是類星, 類星體, 英語, quasar, ɑːr, 也以qso或quasi, stellar, object為人所知, 是極度明亮的活躍星系核, active, galactic, nucleus, 大多數星系的核心都有一個超大質量黑洞, 它的質量從百萬至數十億太陽質量不等, 在類星體和其它形式的活躍星系核, 黑洞被氣態的吸積盤環繞著, 當吸積盤中的氣體朝向黑洞墜落, 能量就會以電磁輻射的形式釋放出來, 這些輻射被觀測到, 發現它可以跨越電波, 紅外線, 可見光, 紫外線, x射線. 提示 此条目的主题不是類星 類星體 英語 quasar ˈ k w eɪ z ɑːr 也以QSO或quasi stellar object為人所知 是極度明亮的活躍星系核 AGN active galactic nucleus 大多數星系的核心都有一個超大質量黑洞 它的質量從百萬至數十億太陽質量不等 在類星體和其它形式的活躍星系核 黑洞被氣態的吸積盤環繞著 當吸積盤中的氣體朝向黑洞墜落 能量就會以電磁輻射的形式釋放出來 這些輻射被觀測到 發現它可以跨越電波 紅外線 可見光 紫外線 X射線 和g射線等電磁頻譜的波長 類星體輻射的功率非常巨大 最強大的類星體的光度超過1041 瓦特 是銀河系等普通星系的數千倍 2 類星體 這個名詞源自於準恆星狀電波源 quasi stellar star like radio source 的縮寫 因為在1950年代發現這種天體時 被認定為未知物理源的電波發射源 當在可見光的照相圖中篩檢出來時 它們類似可見光的星狀微弱光點 類星體的高解析影像 特別是哈伯太空望遠鏡 已經證明類星體是發生在星系的中心 一些類星體的宿主星系是強烈的交互作用星系或合并中的星系 3 與其它類型的活躍星系核 類星體的觀測性質取決於許多因素 包括黑洞的質量 氣體的吸積率 吸積盤相對於觀測者的方向 存在或沒有噴流 和被氣體和在宿主星系內宇宙塵的消光 天文學 程度 類星體存在的距離非常廣泛 對應於範圍從Z lt 0 1至Z gt 7 0為最遙遠的類星體 類星體發現的調查證明類星體的活動在遙遠的過去更為常見 類星體活躍的高峰時期在宇宙對應於紅移大約2 也就是100億年前 4 截至2017年 發現已知最遙遠的類星體是ULAS J1342 0928 紅移z 7 54 觀測從這個類星體發出的光 觀測到當時的宇宙年齡只有6 9億歲 這個類星體中的超大質量黑洞是迄今為止發現的最遙遠黑洞 估計它的質量是我們的太陽的8億倍 5 6 7 藝術家想像中的類星體ULAS J1120 0641與被喧染的吸積盤 這是一個非常遙遠的類星體 由一個質量是太陽20億倍的黑洞所驅動 1 創建者 ESO M Kornmesser 目录 1 詞源 2 觀測和解釋的歷史 2 1 背景 2 2 早期的觀測 1960年代之前 2 3 物理的理解和發展 1960年代 3 类星体的命名 4 类星体的特征 5 历史上的研究 6 活动星系核模型 7 參考資料 8 参阅 9 外部链接詞源 编辑 類星體 這個名詞是由華裔美國天文物理學家丘宏義在1964年5月發表在 今日物理學 英语 Physics Today 中 描述某些天文學上令人費解的天體時創造的 So far the clumsily long name quasi stellar radio sources is used to describe these objects Because the nature of these objects is entirely unknown it is hard to prepare a short appropriate nomenclature for them so that their essential properties are obvious from their name For convenience the abbreviated form quasar will be used throughout this paper 到目前為止 因為這些天體的本質是完全未知的 所以很難為它們編寫一個簡短 適當的命名 所以用來描述這種天體的名稱是笨拙又冗長的 quasi stellar radio sources 準恆星無線電波源 為了方便起見 本文將使用縮寫形式的quasar 類星體 觀測和解釋的歷史 编辑 史隆數位巡天的類星體3C 273影像 說明外觀像星狀的天體 哈伯太空望遠鏡的3C 273影像 右圖 一個日冕儀被用來阻擋類星體的光源 因而更容易探測到周圍的宿主星系 背景 编辑 主条目 星系 與其他星雲的區別 在1917年和1922年間 由於希伯 柯蒂斯 恩斯特 奧匹克和其他人的工作 有些天體 星雲 被天文學家看見實際上是像我們銀河系一樣的遙遠星系 但是 當電波天文學在20世紀50年代開啟時 天文學家在星系之間發現少量的異常天體 它們的屬性是難以解釋的 這些物體在許多頻率上發射大量的輻射 但沒有一個可以在可見光上定出位置 或者在某些情況下只有一個微弱和點狀 英语 point like 的物體 有點像一顆遙遠的恆星 這些物體的譜線 標示物體組成的化學元素 也非常的奇怪 並且無從解釋 它們中的一些 在可見光的範圍內非常迅速的改變光度 甚至在X射線範圍內能更迅速的變化 暗示它們大小的上限 也許不大於我們自己的太陽系 8 這意味著有非常高的功率密度 9 對這些天體可能是甚麼進行了大量的討論 它們被描述為 準星 意思是像星但不是星 電波來源 或 準星天體 QSOs 這個名字反映出當時對這種天體的無知 然後被縮短成 類星體 quasar 早期的觀測 1960年代之前 编辑 最早的類星體 3C 48和3C 273 是在1950年代後期的全天電波源調查中發現的 10 11 12 13 它們首先被注意到沒有可見光天體能與些電波源對應 用小望遠鏡和洛弗爾望遠鏡作為干涉儀 它們被證實有著非常小的視直徑 14 當天文學家在天空中掃描它們的光學對應體時 有數以百計的這類天體被記錄在劍橋的3C星表 在1963年 艾倫 桑德奇和Thomas A Matthews 英语 Thomas A Matthews 發表文章證明電波源3C 48有明確的光學對應體 天文學家在電波源的位置發現一顆微弱的藍色恆星 並獲得了他的光譜 其中有許多未知的寬闊發射譜線 反常的頻譜讓天文學家難以解釋 英澳 英语 British Australian people 天文學家約翰 博爾頓對類星體做了許多早期的觀測 包括在1962年的突破 另一個電波源3C 273 被預測將被月球掩蔽5次 Cyril Hazard 英语 Cyril Hazard 和約翰 博爾頓使用帕克斯電波望遠鏡測量了其中一次的掩蔽 讓馬爾滕 施密特找到一個可以和這個電波源對應的可見光源 並且使用帕洛瑪山200吋的海爾望遠鏡取得可見光的光譜 這一光譜顯示了同樣的奇怪發射譜線 施密特證明了這些都是普通的氫譜線 只是被紅移了15 8 天文學家從未見過的極端紅移 如果這是由於 恆星 的移動造成 那麼3C 273的速度約為每秒47 000公里 遠遠超過任何已知恆星的速度 並違背了任何明顯的解釋 15 極端的速度也不能說明3C 273巨大的電波發射量 雖然 它引發了許多問題 但施密特的發現迅速徹底改革了類星體的觀測 3C 48奇怪的光譜迅速的被施密特 格林斯坦和Oke發現是氫和鎂被紅移37 的譜線 不久之後 1964年有2個以上 1965年有5個以上的類星體光譜被證明是普通的光譜線被極端程度的紅移造成 16 雖然 這些觀測和紅移本身沒有被懷疑 但如何正確的解釋卻引起了爭議 博爾頓建議從類星體發射的輻射 來源是高度紅移的遙遠高速天體的普通光譜線 在當時未被廣泛地接受 物理的理解和發展 1960年代 编辑 主条目 紅移 膨脹宇宙 英语 metric expansion of space 和宇宙类星体的命名 编辑类星体的命名统一在前面冠以类星体的英文缩写QSO 然后加上类星体在天球上的位置坐标 例如 类星体3C48 位于赤经13h35m 赤纬 33度 于是命名为QSO01335 33 类星体的特征 编辑绝大多数类星体都有非常大的红移值 用Z表示 类星体3C273 QSO1227 02 的Z 0 158 远远超过了一般恒星的红移值 有不少类星体的红移值超过了1 有的甚至达到4以上 至今发现的最远的类星体为ULAS J1120 0641 其红移达到7 1 形成於大爆炸7 5億年後 ULAS J1342 0928形成於大爆炸6 9億年後 是已知最古老的類星體和超大質量黑洞 17 根据哈伯定律 它们的距离远在几亿到上百亿光年之外 观测发现 有的类星体在几天到几周之内 光度就有显著变化 因为辐射在星体内部的传播速度不可能快于光速 因此可以判定这些类星体的大小最多只有几 光日 到几 光周 大的也不过几光年 远远小于一般的星系尺度 类星体最初是在射电波段发现的 然而它在光学波段 紫外波段 X射线波段都有很强的辐射 射电波段的辐射只是很小的一部分 根据以上事实可以想到 既然类星体距离我们如此遥远 而亮度看上去又与银河系裡普通的恒星差别不大 例如3C 273的星等为13等 那么它们一定具有相当大的辐射功率 计算表明 类星体的辐射功率远远超过了普通星系 有的竟达到银河系辐射总功率的数万倍 而它们的大小又远比星系小 这就提出了能量疑难 也就是说 尚无法确认类星体的能量机制及其能量来源 历史上的研究 编辑在类星体发现后的二十余年时间里 人们众说纷纭 陆续提出了各种模型 试图解释类星体的能源疑难 比较有代表性的有以下几种 黑洞假说 类星体的中心是一个巨大的黑洞 它不断地吞噬周围的物质 并且辐射出能量 白洞假说 与黑洞一样 白洞同样是广义相对论预言的一类天体 与黑洞不断吞噬物质相反 白洞源源不断的辐射出能量和物质 反物质假说 认为类星体的能量来源于宇宙中的正反物质的湮灭 巨型脉冲星假说 认为类星体是巨型的脉冲星 磁力线的扭结造成能量的喷发 近距离天体假说 认为类星体并非处于遥远的宇宙边缘 而是在银河系边缘高速向外运动的天体 其巨大的红移是由地球相对运动的多普勒效应引起的 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 目前研究以黑洞說為主流 18 对类星体的进一步观测发现了一些新的现象 例如光谱中不同元素的谱线红移值并不相同 发射线和吸收线的红移值也不尽相同 在一些类星体中发现了超光速运动的现象 例如1972年 美国天文学家发现类星体3C120的膨胀速度达到了4倍光速 还有人发现类星体3C273中两团物质的分离速度达到了9倍光速 而类星体3C279 QSO1254 06 内物质的运动速度达到光速的19倍 人们起初认为这对相对论提出了巨大的挑战 最近的研究表明 这些超光速运动现象只是 视超光速 现象 起因于类星体发出的与观测者视线方向夹角很小的亚光速喷流 实际上并没有超过光速 活动星系核模型 编辑20世纪90年代中期 随着观测技术的提高 类星体的谜团开始逐渐被揭开 其中一个重要的成果是观测到了类星体的 宿主星系 并且测出了它们的红移值 由于类星体的光芒过于明亮 掩盖了宿主星系相对暗淡的光线 所以宿主星系之前并没有引起人们的注意 直到在望远镜上安装了类似观测太阳大气用的日冕仪一样的仪器 遮挡住类星体明亮的光 才观测到了它们所处的宿主星系 现在科学界已经达成共识 类星体实际是一类活动星系核 AGN 而在同一时期 赛弗特星系和蝎虎BL天体也被证实为是活动星系核 一种试图统一射电星系 类星体 赛弗特星系和蝎虎BL天体的活动星系核模型逐渐受到普遍认可 这个模型认为 在星系的核心位置有一个超大質量黑洞 在黑洞的强大引力作用下 附近的尘埃 气体以及一部分恒星物质围绕在黑洞周围 形成了一个高速旋转的巨大的吸积盘 在吸积盘内侧靠近黑洞视界的地方 物质掉入黑洞里 伴随着巨大的能量辐射 形成了物质喷流 而强大的磁场又约束着这些物质喷流 使它们只能够沿着磁轴的方向 通常是与吸积盘平面相垂直的方向高速喷出 如果这些喷流刚好对着观察者 就观测到了类星体 如果观察者观测活动星系核的视角有所不同 活动星系核则分别表现为射电星系 赛弗特星系和蝎虎BL天体 这样一来 类星体的能量疑难初步得到解决 类星体与一般的那些 平静 的星系核不同之处在于 类星体是年轻的 活跃的星系核 由类星体具有较大的红移值 距离很遥远这一事实可以推想 我们所看到的类星体实际上是它们许多年以前的样子 而类星体本身很可能是星系演化早期普遍经历的一个阶段 随着星系核心附近 燃料 逐渐耗尽 类星体将会演化成普通的旋涡星系和椭圆星系 參考資料 编辑 Most Distant Quasar Found ESO Science Release 4 July 2011 原始内容存档于2020 03 12 Wu Xue Bing et al An ultraluminous quasar with a twelve billion solar mass black hole at redshift 6 30 Nature 2015 518 7540 512 5 March 2017 Bibcode 2015Natur 518 512W arXiv 1502 07418 doi 10 1038 nature14241 原始内容存档于2017 10 01 Bahcall J N et al Hubble Space Telescope Images of a Sample of 20 Nearby Luminous Quasars The Astrophysical Journal 1997 479 2 642 5 March 2017 Bibcode 1997ApJ 479 642B arXiv astro ph 9611163 doi 10 1086 303926 原始内容存档于2020 05 03 Schmidt Maarten Schneider Donald Gunn James 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