Question

类星体揭示宇宙的关键信息，它与活动星系之间有何关联？

Answer 1

类星体是宇宙中的一种奇特的物体，来自直径约为宿主星系百万分之一的区域。它是类似恒星天体的简称，也是迄今科学家们观察到的最遥远、最有活力的物体之一。在普通光学望远镜的视野下，类星体看上去就像一般的普通恒星，只不过其每秒所散发的辐射能量，可以达到一千个星系一样多。当然，即使个别类星体比数百个星系的组合看上去还要明亮，但许多类星体都比我们太阳系的大小更小。类星体的很多特性，都于其周围所处的环境有关，比如，大质量黑洞、活动星系等，研究人员通过对它的研究，也为宇宙的 历史 、现在和未来提供了很多关键信息。

直到20世纪60年代，当射电天文学取得突破进展的时候，天文学家才意识到这些河外天体正在发射大量的无线电能量。通过等待已知的无线电源通过月球，可以将光学和无线电数据结合起来，为天文学家提供天空中类星体的精确位置。而这一重要发现被研究人员命名为类星体，是“准恒星无线电源”的缩写，也是一种银河系外能量巨大的遥远天体。其中心是千万倍太阳质量以上的超大质量黑洞，猛烈地吞噬着周围的物质，具有很大的红移是它最显著的特点。在照相底片上，类星体具有类似恒星的像，极少数类星体有微弱的星云状包和喷流状结构。在它的光谱中，有许多强而宽的发射线会发出很强的紫外辐射，而射电源则会发出强烈的非热射电辐射，有些类星体还会发出X射线辐射。类星体一般都有光变，时标为几年，科学家们可以从光变时标估算出类星体发出光学辐射的区域的大小。

通常情况下，类星体往往意味着该星系中恒星形成的结束，但是，当其不再有天然气体供应之后，其中部分星系诞生恒星的时间会比大家所预期的时间更长。当位于星系中心的超大质量黑洞落入物质的时候，便会导致类星体的形成，与此同时，磁盘本身还会损失大量的电磁能量，黑洞也因此看上去比银河系还要明亮闪耀。气体周围的磁场随着催化气体接近光速的速度而变得扭曲，此时的材料射流甚至会穿过这扭曲的场线，在放置额外气体落到上面的同时，扼杀该星系的气体供应来源。这也是为什么，天文科学家们的前提不是恒星形成，而是类星体标志着星系的老化。

科学家们研究的星系很多，其中有一些和银河系很类似，都具有明显的旋臂；当然，其中也存在非常紧凑的类型，甚至还有一些出现了与另一个星系合并的情况，但它们都有一个共同点，那就是依然保持着让我们意想不到的气体供应。这些处于过渡阶段的星系的确是非常罕见的，科学家们往往在其形成之前就已经捕获了它们，而这样的阶段大约会持续1000万年左右，这个看似很长的时间在宇宙的生命周期中，却不过是眨眼之间很难抓住的东西。研究人员通过科学数据统计和分析得出，在具有增生超大质量黑洞的星系中，大约有10%的星系都保持着气体供应，并且还能制造出新的恒星。我们还需要尝试确定是否只有某些类型的星系在其生命的最后阶段保留气体供应，又或者这样的现象是否发生在所有星系中。

有些类星体非常明亮，哪怕是120亿光年的距离，可以在看到它们。类星体是强烈的X射线源和可见光源，也是迄今发现的最强大的X射线源。类星体的力量取决于其中心超大质量黑洞的质量，以及它吞噬物质的速度。在它们的中心，几乎所有的星系、包括我们自己的星系，都被认为包含超大质量黑洞。类星体代表的是一种极端情况，受到大量气体迅速涌入黑洞的影响，其能量输出比星系本身大一千倍左右。而那些具有稍微不活跃的超大质量黑洞的星系，被称为活动星系，其黑洞则被称为“活动星系核”或AGN。

我们的银河系和相邻的仙女座星系是正常星系的例子，超大质量黑洞的气体很少被捕获。来自类星体和AGN的X射线，是在坠落物质被加热到数百万度的温度时产生的，因为它向超大质量黑洞旋转。然而，并不是引力漩涡中的所有物质都注定要落入黑洞，在许多类星体和AGN中，部分气体会以热风的形式逸出，以高达十分之一光速的速度从盘中吹走。其中更为引人注目的是高能喷气机，科学家们通过无线电和X射线观测结果显示，它们远离一些超大质量黑洞。这些喷气式飞机以近乎光速的速度移动，从光束射出银河系，行进数十万光年。

我们自己的星系群大约有一百亿年的 历史 ，在某些情况下，我们从最遥远的类星体观察到的光子与我们银河系的年龄相当！通过无线电和X射线观测，像我们自己的星系中心，也很明显现地存在着尚未解释的能量反应。有些星系被称为活动星系，虽然它们离得更远，但它们的核辐射比我们自己星系的辐射还要多。科学家们认为类星体的“核”非常明亮，以至于隐藏了相对暗淡的周围星系。星系和活动星系的“核活动”与类星体中发生的活动，往往具有相似的特征，因为它更容易观察，这有助于验证解释类星体如何工作的理论。

那么，类星体释放大量能量背后的引擎是什么？3C273射流提供了线索，这是一种射电，光学和X射线探测器，可以在十万光年内进入太空，这种模式指向旋转的超大质量物体。根据理论，来自周围星系的物质围绕着这个物体在所谓的吸积盘中运行，每当来自盘中的物质被重力拉到中心时，产生的电磁力就会产生一束高能粒子，这些粒子在无线电、光学和X射线能量下被观察为射流。任何具有足够质量以产生这些能量射流的物体，由于其自身的引力肯定会发生自行坍塌。此外，类星体和活动星系的核心都看到了巨大而黑暗的物体。事实上，理论中唯一符合这些标准的物体是一个黑洞，一个如此巨大的物体，甚至光都不会逃脱它的引力！

射电天文学家使用数字系统来命名天空中的物体，而3C273就在第3个剑桥目录中被命名为第273个无线电源，3C273和3C48都是第一批次被确定的类星体，它们具有与以往任何研究不同的奇异光谱。在1963年，天文学家Maarten Schmidt（3C273）、Jesse Greenstein，以及Thomas Matthews（3C48）注意到，如果光谱只是一个非常大的红移，那么光谱就有特殊意义了 。换句话说，3C273正在以令人难以置信的速度（光速的十分之一）离开我们。了解有关3c273和其他类星体的更多信息，有助于更多地了解我们宇宙的 历史 ，大规模结构和未来。

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