在浩瀚的宇宙舞臺上,有一個角色以其非凡的亮度吸引著天文學家的目光——類星體。這些宇宙中的超級亮星,其光芒甚至超越了10萬億個太陽的總和,成為了天文學界探索的熱點。
回溯至上世紀60年代,天文學界迎來了一個充滿發現的黃金時期。類星體,與宇宙微波背景輻射、脈沖星、星際有機分子一同,被譽為當時的“四大天文奇觀”。初遇類星體時,天文學家們對其身份倍感困惑。它看似恒星,實則不然;其射電波又與星系相似,卻又有所不同。因此,類星體這一名稱應運而生,用以描述這一神秘天體。
為了揭開類星體的神秘面紗,天文學家們與相對論專家攜手合作,共同探索這一未知領域。廣義相對論,這一研究宇宙的得力助手,終于在天文學觀測技術進步的推動下,找到了施展才華的舞臺。天文學家們通過深入研究,逐漸揭開了類星體的幾個關鍵特征。
首先,類星體的距離令人嘆為觀止,通常以“億光年”為單位來衡量。例如,60年代初發現的3C48和3C273類星體,分別距離地球45億光年和20億光年。其次,類星體的發光區域極小,僅在幾光天至幾光年的范圍內。相比之下,我們所在的銀河系直徑達20萬光年,類星體的發光區域顯得微不足道。
然而,正是這微小的發光區域,卻釋放出了驚人的能量。類星體的亮度極高,功率通常是普通星系能量釋放的上千倍。這一奇異現象引發了科學家們的廣泛猜測,包括黑洞、脈沖星、超新星爆發,甚至白洞等假說。最終,黑洞假說得到了廣泛認可,尤其是超大質量黑洞,其質量可達太陽的數百萬倍至數十億倍。
那么,超大質量黑洞是如何孕育出類星體這一奇異天體的呢?這離不開“吸積盤”的作用。黑洞本身并不發光,但吸積盤卻能夠釋放出耀眼的光芒。當大量星際物質在黑洞引力場的作用下繞其公轉并下落時,強烈的摩擦使物質溫度升高,形成溫度由內向外遞減的吸積盤,并對外發出電磁輻射。雖然黑洞能夠吞噬光線,但吸積盤并不在黑洞的視界以內,因此光線得以逃脫,形成了我們觀察到的類星體光芒。
除了吸積盤外,類星體還與“噴流”現象緊密相連。噴流是從吸積盤兩側中心噴射出的粒子流,其速度接近光速。關于噴流的成因,目前存在多種理論。其中,Blandford-Znajek理論認為,在大尺度磁場條件下,旋轉黑洞的能層能夠分離出一束正能量能流,為噴流提供能量。
近年來,我國天文學家在類星體研究領域取得了顯著進展。2025年4月,國家天文臺、北京大學等單位的學者利用郭守敬望遠鏡進行光譜巡天觀測,成功證認出1982個銀道面背景類星體,其中1338個為新發現。這一發現打破了銀道面區域類星體搜尋的難題,為后續研究奠定了堅實基礎。
2024年2月的研究報告揭示了代號為J0529-4351的類星體,可能是目前已知宇宙中最亮的天體,其亮度比太陽亮500萬億倍。這一驚人亮度的背后,是其中心黑洞質量高達太陽的170億倍,且增長速度極快,每天能夠吞噬相當于一個太陽的物質。J0529-4351的吸積盤直徑達7光年,是目前已知最大的吸積盤。
不僅如此,天文學家還在觀測中發現了一個有趣的現象。2025年5月21日發表于《自然》雜志的一項研究顯示,距離地球約110億光年的一個類星體中,竟然隱藏著兩個星系。一個是擁有活躍星系核的類星體,另一個是普通的規則星系。這兩個星系質量與銀河系相當,正在合并過程中。當伴星系運行到類星體射流前方時,被射流摧毀,導致其結構瓦解,分子云電離蒸發,只留下無法孕育新恒星的致密小團塊。