「超級巨獸」類星體的五十年未解之謎

如果把宇宙的各個星系比喻為宇宙的動物，那麼可以將在「宇宙動物園」中處於絕對霸主地位的類星體看成是「超級巨獸」。在第一次發現類星體之後半個世紀的今天，天文學家對它基本的神秘性依然缺少理解，這個在宇宙中最為明亮的天體聚合體究竟怎樣運行？天文學家感到一籌莫展，它們在半個世紀的探索中成為「迷失的一代」。從3月16日算起的50年前的今天，天文學家第一次發現和測量了遙遠天空的類星體，它是宇宙中最明亮的天體，天文學家現在知道，像所有其它的類星體一樣，在這個距離我們幾十億光年類星體的核心有一個驅動整個類星體運轉的超大質量黑洞。

類星體是一個星系的中心由黑洞和大批恆星形成的聚合體。50年的「天文大發現」為類星體研究播下了一個種子，科學家希望，這個種子能夠在科學的「陽光雨露」中生根發芽，逐漸長成參天大樹，然而，50年過去了，科學家的艱苦努力沒有達到預期結果，類星體的神秘性鎖定在「雲里霧裡」之中。

相對於英國尼斯湖的「怪獸之謎」，人們可以把「宇宙海洋」的類星體看成是「超級怪獸之謎」，不要弄混淆了兩種比喻，如果把宇宙比喻為一個超級版的動物園，那麼類星體是其中的「超級巨獸」；如果把宇宙比喻為一個超級版的海洋，類星體是其中的「超級海島」。位於聖巴巴拉的加州大學天體物理學家羅伯特·安托努奇對形成類星體謎團的原因進行了解讀，人們在3月13日刊出的《自然》雜誌可以了解讀到安托努奇的研究成果。安托努奇在文章中寫到，「在過去的50年中，我們發現了數千個的類星體，但是，我們仍然沒有建立有效的物理模型，不能解答它們的巨量輻射究竟怎樣形成」，「沒有預測性的理論，沒有好的解讀，最好的希望是期待未來的外星人能降臨到地球上，向我們解釋類星體的全部秘密」。

———宇宙最明亮的天體

在電磁波譜線圖上，類星體的輻射能量呈現寬廣的特點，它的名稱來源於電磁波發射的特徵，天文學家稱之為「類星射電源」，電磁波光譜來源於一個整體的信號源，它就像從一個恆星發出的，類星體的英文縮寫指的是這種含義。許多觀察到的類星體發出了以接近光速對外噴發的束子流，噴發的射電粒子在類星體的附近區域形成巨大的波瓣。

科學家認為，類星體和其它類型的活躍星系核標誌了星系在自身的生命周期中處於一個特別的階段，類星體中心的黑洞強烈地影響星系的生命歷程，它的質量可以達到太陽質量的100多億倍，它「張開大嘴」，不斷地吞咽大量的氣體、塵埃和其它的天體物質。類星體從遙遠的過去到現在有了明顯的差別，類星體中心大量吞噬物質的現象在遙遠的過去表現得更為劇烈，而在今天顯得文雅而安寧，目前的中心黑洞在「漫漫長夜「中「忍飢挨餓」，它缺少燃料，在星系中獨自徘徊，我們的銀河系也是如此。

———未解的類星體難題

天文學家一直在觀測和記錄遙遠的類星體，向宇宙深空觀測的距離越來越遠，（與我們在地球上相應「時間換空間」的概念不同，天文學家在太空的觀測和記錄中響應「空間換時間」的概念。「時間回溯」原理指的是：觀測的距離越遠，越接近宇宙開始的年齡，天文學家觀測的極限距離從理論上分析到了宇宙誕生的時期、或宇宙發生大爆炸的時刻，類似於中國人說的「自從盤古開天地」，我們找不到「盤古」蛛絲馬跡，只有在最遙遠的天空中尋覓宇宙起源的蹤跡。）儘管人類的科學思想追溯到137億年前的宇宙大爆炸時刻，然而，對類星體卻只有片段、模糊的基本理解。加州大學的科學家安托努奇認為，射電源理論在過去的50年間沒有發生顯著的變化，基本的問題沒有解決，其中包括：類星體的噴射和波瓣是否由電子和質子構成？或由電子和正電子對構成？粒子束中的質子能否像宇宙射線那樣攜帶大量的能量？它們的能量是否均勻地分配在電場和磁場之中？如果不能很好地回答這些問題，那麼只能設定噴射束和波瓣所具有的能量下限值。

應用以非常小的黑洞建立的物理模型不能幫助天體物理學家來研究類星體，這種模型與觀測的類星體有很大的不同，科學家需要對模型的條件給出太多特別的假定。不能將小型黑洞所在星系的吸積盤按比例地擴大到大型黑洞所在星系的吸積盤，而超大質量的黑洞形成了類星體，大質量黑洞與小型質量黑洞周圍所含的物質數量不同，類星體的光譜線要明亮得多，小型黑洞周圍物質發出的光譜線不能與之相比。

一個更好地理解類星體的模型可以建立，安托努奇已經督促科學家同事開發一套更先進的計算機模型，他們希望使用更為靈敏的X—射線望遠鏡。安托努奇認為，與在黑洞周圍接收的可見光相比，X—射線望眼鏡提供了星系的「中央引擎」——黑洞的間接信息，這是科學家解開類星體諸多謎團的關鍵所在。安托努奇樂觀地確信，天文學家能夠解開類星體的秘密，由於不制定類星體發現的時間表，他的思緒略帶一些遺憾的色彩，最終的謎底將會揭曉，他懷疑自己能夠活到那個時候，也許到那時自己「上了天堂」，或到了別的安息之地。在科學思考中走完自己的一生，這是科學家對人生幸福的一種理解。

（編譯：2013-3-15）

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