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类星体
2022-06-12

20世纪50年代后,类星体的发现,使之成为最引人注目的天体之一.

由于它们看上去像恒星,因此就称它们为类星状天体,简称类星体,然而类星体与恒星有着天壤之别.那么类星体的结构是怎样的呢?

通过对类星体的大量观测和研究,使我们对类星体有了大致的了解.首先,我们知道类星体(或至少是其内部的产生能量的区域)是很小的.这个事实是通过它们的快速高度变化推导出来的.其次,类星体是极其明亮的.

这个事实则根据它们的巨大红移,因而意味着它们位于离地球非常遥远的地方而推断出来的.这两个事实合在一起,使类星体成为迄今天空中所发现的最异乎寻常和捉摸不透的天体.天体物理学家面临着这样一个艰难的任务,试图去解释在仅仅比太阳系大几倍的体积内何以能产生相当于100个星系的能量输出?

为了解释这一难题,经过科学家的努力,在理论上构造出了类星体的一般的总体模型.

类星体中心是未知的能源——高速电子的源.外面有许多高速电子云.

这些小云产生了射电和光学的继候辐射,可能还产生了其他波段的连续辐射.外面的气体纤维在高能连续辐射的作用下电离,并把这种辐射转变为发射线光子,就是波长一定的一些光子.类星体的最外面可能是高速运动的云,当它们从朝着我们传播的辐射中俘获光子时,就产生了吸收线.

这就是我们在理论上所描述的类星体的基本模型.

听起来似乎我们已经对类星体了解得一清二楚了.然而,可别忘了,我们并不知道类星体的能量是从哪里来的.对类星体的演化也一无所知.为了

解决这些问题,现在已经提出几种互相竞争的理论.

一种观点认为,类星体是与星系形成相联系的现象.在原星系坍缩的过程中,早一代大质量恒星抛出的物质聚集在原星系的核心,在短暂而强烈的爆发性恒星形成中,可以达到相当的光度.类星体可能与此有相似的过程.

然而由于类星体显然有正常含量的重元素.这相当于恒星已演化到一定的程度,而不可能处于演化的初期阶段,因此这一事实成为这一理论的困难.

另一种不同的观点认为,类星体代表星系演化的最后阶段.在星系的中心区域恒星的密度非常高而恒星的分布倾向于把大质量的恒星和小质量恒星分开,前者落向中心区,开始相互碰撞.恒星间的碰撞是灾变事件,有可能导致超新星的爆发.在挤紧的稠密恒星系统中,高比率的恒星爆发就可以提供类星体的能源.

一种更流行的类星体模型是,类星体是一个超重天体,是处于星系致密核心.是质量为太阳质量1亿倍以上的巨大黑洞.大质量的黑洞将把离黑洞过近的恒星弄碎.直至全部吞掉.当物质被吸积到黑洞中去时,它们变得非常炽热,由此产生的X射线辐射就可以满足类星体的能量需求.

在各种类星体理论模型中,最可能的是大质量黑洞模型这个模型很吸引人,可以想象,每个大星系的核心都可能埋藏着这样的黑洞.而且它也能很好地解释许多观测到的现象.

然而,类星体至今仍然是一个未解之谜,许多问题仍未揭晓.为了解答这些尖端问题,天体物理学家们还在继续他们的探索.

类星体是如此的莫名其妙——它是那么的小却又产生那么多的能量,以致于使它成为对天文学家最大的挑战之一.因此,对这个宇宙中最遥远、也是最明亮的天体进行观测和研究,已经成为目前最重要的课题之一.

近几年来,在大尺度范围对类星体的巡天观测有了巨大的进步.首先,巡天技术的改进丰富了寻找类星体候选体的方法.目前主要的技术有:射电源选择方法、多色方法、无缝光谱方法、X射线源选择方法、弱变光天体选择方法等等.另外,近年来,许多国家如英、美、加拿大等国都采用了机器方法进行自动选取,主要运用于无缝光谱方法和多色方法.自动选取方法的优点是可以大批量进行,同时减少了选择效应.

其次,由于巡天技术的改进,天文学家储备了大量的类星体候选体等待观测.据保守估计,总共有5万个类星体候选体有待观测,而就算把全世界的大望远镜全调动起来,也需要13年以上的时间.何况,类星体候选体的数目还在成倍的增长.到目前为止,估计已经证实的类星体在5000颗以上.

1982年,澳大利亚的天文学家在"意外中"发现了一颗红移量为3.78的类星体.打破了自1973年以来一直保持的红移量为3.53的纪录.1990年天文学家发现了红移量达4.75的类星体,已经接近了宇宙学理论预言的红移量为5的理论极限.

最近,根据新的观测资料,不断对类星体的空间分布进行研究,已经得出了有关类星体的面密度和空间分布的较系统的数据.一种较合理的宇宙学理论认为:宇宙在演化过程中由均匀状态(微波背景)向成团状态(星系)

过渡,首先形成的是类星体.因此它是研究宇宙形成和演化过程的最重要的探测体.类星体在宇宙中的分布究竟是系统性的成团结构,还是大尺度上的均匀分布,对于理解宇宙在这一阶段上的演化过程非常重要.但目前的理论分析和观测资料还不能下十分肯定的结论.

然而,随着人类对宇宙不断深入地探索和研究,类星体的真实面目终将展现在我们眼前.而通过它,人类将更深刻地了解我们世世代代所生活的这个神奇辽阔的宇宙空间.