类星体:宇宙中最远最亮的天体,还能超光速?
1. 类星体是怎么被发现的?从 “看不见的射电源” 说起
20 世纪 50 年代,天文学家用水射电望远镜观测时,发现了大量 “射电源”—— 能发出强无线电波的天体。可奇怪的是,用光学望远镜找这些射电源时,很多都看不到对应的可见天体。
后来人们把这种 “像恒星却不是恒星” 的射电源叫 “类星射电源”。再往后,又通过光学观测发现了一些 “蓝星体”:照相底片上是恒星状的点,光谱有大 redshift,却不发射电波。最终,蓝星体和类星射电源被统称为 “类星体”。
这些早期发现的类星体,一开始让天文学家摸不着头脑 —— 它们到底是恒星,还是完全不同的新天体?
2. 类星体有啥特别?3 个观测特征一眼认出它
想分辨类星体,看这几个特征就够了:
第一,在照相底片上像恒星,近一点的类星体周围有暗弱的云状包层,有的还带喷流状结构,像宇宙里的 “小喷泉”;
第二,光谱里有很多强而宽的发射线,部分还有宽吸收线(原子或分子吸收光后留下的暗线),这类被称为 “宽吸收线类星体”;
第三,也是最显著的 —— 所有类星体的发射线都有 “大红移”。红移是河外天体的标志,天文学家据此推测,类星体离我们极远,还在高速远离。
更惊人的是,类星体发的是 “非热电辐射”,一个典型类星体的辐射规模,远超宇宙里其他已知天体。可为啥远在百亿光年外的它,还能让我们清晰观测到?
3. 类星体为啥这么亮?小体积爆发出大能量
类星体的发光能力离谱到让人难以置信:亮度是普通星系的千百倍,但直径只有一般星系的十万分之一 —— 相当于一个乒乓球,亮度却超过一座体育场的灯。
这么小的体积怎么装下这么大的能量?科学家有两种推测:一种认为是内部每天都在发生超新星爆炸,靠爆炸释放能量;另一种更主流的观点是,类星体中心有个巨大的旋转黑洞,物质被黑洞吸引下落时,会释放出巨量能量。
如果中心真的是黑洞,那这些被吸引的物质,最终会被黑洞 “吞掉” 吗?还是会有一部分逃出去?
4. 类星体能超光速?推翻 “光速不可超越”?
1977 年,天文学家观测类星体 3C273 时,发现它内部有两个辐射源,而且在互相分离 —— 分离速度高达每秒 288 万千米,是光速的 9.6 倍!后来又发现了好几个超光速类星体。
这一发现直接冲击了 “光速是宇宙中最快速度” 的传统认知。要知道,爱因斯坦相对论的核心之一就是 “光速不可超越”,可类星体的观测结果似乎在挑战这个结论。
难道相对论错了?还是我们对类星体运动的理解有偏差?比如这只是一种 “视觉错觉”?
5. 研究类星体有啥用?能 “看” 到百亿年前的宇宙
类星体最大的价值,在于它是 “宇宙的时光机”。我们看到 100 亿光年外的类星体,其实是 100 亿年前的它 —— 因为光从那里传到地球,需要整整 100 亿年。这些类星体是宇宙大爆炸时期的残留物,能帮我们还原早期宇宙的样子。
另外,类星体的 “未解之谜” 也在推动物理学进步:大红移背后是不是还有其他原因?超光速运动到底怎么回事?这些问题一旦解决,我们对自然规律的认识可能会迈一大步。
如果未来能观测到更早期的类星体,会不会发现宇宙诞生初期的 “秘密”?比如大爆炸后第一批天体是怎么形成的?
6. 3 个关键名词:帮你看懂类星体的 “专业术语”
红移
一个天体的光谱向长波(红色)端偏移,就是红移。大多是 “多普勒效应” 导致的:当波源(比如类星体)和观测者互相快速远离时,波长会被拉长,看起来偏红。类星体的大红移,正说明它在高速远离我们。
射电波
射电波其实是无线电波的一部分。地球大气层会吸收大部分宇宙无线电波,只有少数能穿透大气层,这部分就被称为射电波。现在大部分射电天文研究,都是靠观测射电波进行的。
最远的类星体
目前人类发现的最远类星体是 4C71.07,由美国科学家用伽玛射线望远镜找到,离地球约 110 亿光年。它的核心黑洞质量相当于数百万个太阳。更有意思的是,科学家推测:银河系早期可能也是一个类星体,后来慢慢稳定下来,才变成现在的样子。
类星体就像宇宙里的 “神秘灯塔”,既用亮度指引我们探索远方,又用超光速、大红移等谜题,倒逼我们更新对宇宙的认知。现在天文学家还在不断观测新的类星体,希望能解开更多关于宇宙的终极问题。