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宇宙中的元老级天体,需要黑洞供给物质的类星体还蕴藏巨大能量

2020/6/25 15:52:16 来源:原创 浏览:

类星体与宇宙奇观

当太空射电望远镜第一次升空观测时,便发现了宇宙中的无线电波点源,还有很密集的无线电辐射分布区域。在无线电波点源区域中,天文学家们发现了超新星残余和一些非常明亮的点,刚开始天文学家称这些向恒星一样的天体是准星体无线电波点源,后来天文学家才确定其名字为类星体。

在后期的研究中,天文学家才逐渐发现这些无线电波点源不是我们银河系中的天体。现在,通过长期观测,天文学家知道这些无线电波点源是一些遥远星系的天体结构,它们正在进行某种喷射能量活动。黑洞和类星体结构息息相关,正是因为这些星系中心存在一个超大质量黑洞,超大质量黑洞的吸积盘结构会发出光,所以才构成了天文学定义的类星体。

这张图为我们展示了类星体的不同视角,在地球上观察的时候,角度是有不同的

黑洞与类星体的前世今生

说到类星体我们不得不说黑洞,黑洞是近乎无限密度,拥有近乎无限质量的天体,其引力之强以至于光线也无法逃脱其引力。在哈勃望远镜之前,天文学家都无法直接观测黑洞,之后哈勃望远镜的高分辨率使得天文学家可以看到黑洞引力对其周围环境的影响。哈勃还证明,即使不是全部,大星系的中心也极有可能存在超大质量的黑洞,这对星系形成和演化理论具有重要意义。

现在我们都认为黑洞的力量强大,可以平衡整个星系数千亿恒星的诞生与毁灭,但是,黑洞本身不会发出可见光或无线电,我们从类星体看到的光其实来自围绕黑洞的气体和恒星圆盘,这个结构也被称为吸积盘。由于天体物质会在黑洞周围旋转,最终进入黑洞之前会产生摩擦力,所以这些物质会从吸积盘发出强烈的热量和光。类星体通常比承载它们的星系亮100倍以上!类星体也会发出射流,这些喷射流会从其中心区域喷出,其范围甚至可能大于主星系星盘直径。当类星体射流与星系周围的气体相互作用时,会发射出无线电波,这些无线电波可以被无线电望远镜捕获。

类星体渲染图

类星体的无线电波由此而来,类星体中心附近的电子可以加速到接近光速的速度。在存在磁场的情况下,电子会沿着螺旋路径移动,结果它们就会发出无线电波,类星体发出的这种无线电波在天文学中也被称为同步辐射。

看到这里我们对类星体已经有了初步了解,其实就是当物质掉入星系中心超大质量黑洞周围的吸积盘中时,就会形成类星体结构。如果物质掉入超大质量黑洞周围的吸积盘结构中,会由于摩擦和重力作用而发热,就会散发出大量能量,这就是类星体了。

左边的哈勃太空望远镜图像为我们展示了在室女座的类星体3C 273和它的喷流。衍射峰测试表明类星体确实是一个点光源,如果3C 273距离地球30光年,它就会像太阳一样明亮,甚至比太阳还要明亮

形成类星体的一个最重要的条件就是一定要有一个超大质量的黑洞……通过计算机模拟的数据,两个星系碰撞的时候更有可能“激活”类星体。在大约40亿年的时间内,我们的星系将与仙女座星系相撞。如果银河系和仙女座星系黑洞结合在一起,则可能有足够的物质形成类星体。所以类星体其实就是黑洞与吸积盘结构的一个综合体,如果吸积盘材料消失或者消耗完毕,类星体就会关闭。

宇宙演化还与类星体有关?

类星体是如此明亮,以至于使包含它们的古代星系都会黯然失色,它们是由黑洞驱动的遥远天体,德国马克斯·普朗克天文学研究所的天文学家布拉姆·威尼曼斯表示:“类星体是迄今为止已知最明亮,最遥远的天体之一,对理解早期宇宙环境与宇宙演化的过程至关重要。”

艺术家绘制的红色和蓝色类星体的渲染图。红色类星体是一个短暂的过渡阶段,新生类星体会被气体和尘埃包裹,蓝色类星体是一种较隐蔽的类星体,具有极强的喷射流特征

类星体距离我们很远,这也就意味着光从类星体到达我们地球需要数十亿年的时间,所以类星体都非常古老。我们的银河系附近没有类星体,类星体不会在现代宇宙时代演化,类星体是在古代宇宙时代诞生或者演化的。天文学家对类星体的科学研究很感兴趣,类星体的古老演化历史就意味着宇宙在过去(数十亿年前)是不同的时代和时空。换句话说,现在在我们周围看到的星系在遥远的过去可能是类星体,即使是我们的银河系,很久以前也可能是包含类星体的星系。

既然类星体的能量这么强大,那么类星体是否会像宇宙伽马射线一样对我们构成影响呢?其实刚才我们说过了,类星体距离我们太遥远了,它们的同步辐射对我们完全没有影响。我们的星系中心有一个超大质量的黑洞,但是这个黑洞还是不够大,没有足够的材料来喂养它成为类星体。即使我们银河系的中心是一个类星体,它距离我们也很遥远,有26000光年的距离,所以类星体不会对地球产生重大影响。

类星体形成与不同阶段

现在,天文学家们认为包含类星体的微小的点状微光实际上就是古代星系。类星体仅在具有超大质量黑洞的星系中存在,这些黑洞的质量都在太阳质量的数十亿倍以上。尽管光无法从黑洞本身逸出,但某些信号可能会在其边缘自由破裂。当一些灰尘和气体落入黑洞时,其他粒子则会以接近光速的速度加速离开它。

马克斯·普朗克天文学研究所的天文学家法比安·沃尔特在一份声明中说:“类星体是在宇宙中大规模物质密度远高于平均密度的区域形成的。”大多数类星体都距离我们有数十亿光年远,因为宇宙太巨大,就连光到达我们的眼睛都需要很长时间,所以研究太空中的天体很像研究一部时光机。我们看到了数十亿年前的天体。因此,科学家看得越远,他们所看到的时间就越远。在已知的2000多个类星体中,绝大多数存在于宇宙的早期。

哈勃太空望远镜的第二广域成像仪观测到的类星体

在2017年12月,天文学家发现了迄今为止最遥远的类星体,距地球130亿光年。科学家观察到的这个类星体被称为J1342 + 0928,因为它仅仅在大爆炸之后仅6.9亿年就出现了。类星体会发出数百万,数十亿甚至数万亿电子伏特的能量。这种能量超过了银河系中所有恒星的总光量。根据美国国家航空航天局的数据,第一个被确认的类星体3C 273 距地球25亿光年,它是最接近的类星体之一。

类星体都是宇宙的元老级天体

类星体就好像是宇宙的宝藏,它们拥有极高的科学研究价值,研究类星体可以让我们更了解宇宙的演化以及早期星系的演化现象。现在,随着太空望远镜的发展也会发现更多类星体,通过不断的数据比对和纠正,我们对宇宙早期的环境的理解将更上一层楼。

HE0435-1223位于这幅宽视野图像的中心,它是迄今为止发现的五个最佳透镜状类星体之一

现代黑洞只占星系总质量的千分之一,但是观察结果表明,宇宙早期的原始黑洞质量可以占星系的10%质量以上,这些原始黑洞中有很大一部分是非常巨大的。这是很有趣的现象,通过类似的观察结果,天文学家确定在早期宇宙中,黑洞在形成和生长方面超过了星系。只有在宇宙历史的晚期,银河系才会出现。因此,观察类星体和与之相关的黑洞可以为我们提供有关宇宙早期演化的一些数据。另外,这些理论数据也会对宇宙大爆炸等宇宙起源理论提供一定的数据支持。

这是类星体3C19.44,由钱德拉x射线太空望远镜拍摄。覆盖的等高线显示了无线电辐射的范围,天文学家用绿色的像素线条标注了长达100kpc的无线电辐射范围,100kpc的尺寸相当于329000光年

由于类星体与黑洞吸积盘等结构息息相关,更多地了解为类星体提供动力的黑洞也可以使天文学家对星系的发展有更多的了解,而对星系的演化的了解则使我们能够整体追踪宇宙的历史,这就是为什么天文学家希望能找到更多的类星体。

看看网友怎么说

v31637258324:类星体是两个黑洞合并形成的,黑洞吸收周围的物质不会形成类星体,像银河系中心黑洞一样

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