星系和大宇宙

什么是类星体?

 类星体是20世纪60年代射电天文学的四大发现之一。在发现之初,类星体是一种显得很神奇的天体。

最早被发现的类星体,分别是1960年发现的3C48(这是一种星表编号)和1962年发现的3C273。类星体看起来像一颗普通的恒星,但是它的光谱很奇怪,当时的天文学家对常见天体的光谱都很熟悉了,但类星体光谱中出现的发射线,却无人认识。另外,从照相观测看,类星体貌似就是一颗普通的恒星,但它的射电辐射太巨大,远超恒星,且含有星系特征……种种迹象表明,这种天体并不简单。

1963年,天文学家施密特用帕洛玛山的5米望远镜进一步观测了3C273,准确地测量了其光谱中发射线的位置。他用了6周时间思考这些发射线究竟是什么,最后终于弄清楚了,它们就是人们再熟悉不过的氢的巴尔末线系和电离氧线,只不过向红端的方向位移了很多!!!


图1. 类星体3C273的光谱(图源:《基础天文学》,刘学富主编)  


也就是说,类星体的红移很高;换句话说,它们离我们很远,同时远离我们的速度很快。  

在这么远的地方,还能被我们比较容易的观测到,只能说明一个问题:它的光度(天体单位时间内辐射出的总能量)超高!后来的观测和研究表明,光度低的类星体与普通星系差不多,光度高的可以达到普通星系的上万倍!  

但研究同时又发现,类星体的尺度非常小,一般只有几光年。  

这是什么概念呢?用我们的银河系来对比一下:银河系直径约10万光年,聚集了3000亿颗恒星,而一个大小只有几光年的天体,发出的能量竟然比我们整个银河系还要大得多!  

所以,类星体的产能效率相当高,远高于普通星系里主要靠恒星的核聚变产生能量的效率。  

那么,类星体究竟是什么呢?  

原来,类星体是遥远的十分活跃的活动星系的亮核。我们看到的类星体不是这种活动星系的全貌,而只是其核心特别亮的部分。因为太过遥远,核区以外的暗弱部分难以看到而已。1981年,科学家拍到了3C48周围的暗云及其光谱,红移量与3C48一致,后来被认定为3C48所在的基底星系。1990年代,哈勃空间望远镜又拍到了3C273的基底星系。  

类星体为什么在这么小的空间里有这么高的产能效率?目前的主流理论认为,它是由核心的超大质量黑洞驱动的:  黑洞吸积周围的物质,同时向外发射出强烈的辐射,这被称为“黑洞发电机”模型。当然,目前对于类星体的研究仍然比较粗略,还有大量的未知之谜等待我们揭开。  


(本回答主要参考了刘学富老师主编的《基础天文学》和苏宜老师编著的《天文学新概论(第五版)》)

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