類星體揭示宇宙的關鍵信息，它與活動星系之間有何關聯？

類星體是宇宙中的一種奇特的物體，來自直徑約為宿主星系百萬分之一的區域。它是類似恆星天體的簡稱，也是迄今科學家們觀察到的最遙遠、最有活力的物體之一。在普通光學望遠鏡的視野下，類星體看上去就像一般的普通恆星，只不過其每秒所散發的輻射能量，可以達到一千個星系一樣多。當然，即使個別類星體比數百個星系的組合看上去還要明亮，但許多類星體都比我們太陽系的大小更小。類星體的很多特性，都於其周圍所處的環境有關，比如，大質量黑洞、活動星系等，研究人員通過對它的研究，也為宇宙的歷史、現在和未來提供了很多關鍵信息。

遙遠的類星體有哪些基本特性

直到20世紀60年代，當射電天文學取得突破進展的時候，天文學家才意識到這些河外天體正在發射大量的無線電能量。通過等待已知的無線電源通過月球，可以將光學和無線電數據結合起來，為天文學家提供天空中類星體的精確位置。而這一重要發現被研究人員命名為類星體，是「准恆星無線電源」的縮寫，也是一種銀河系外能量巨大的遙遠天體。其中心是千萬倍太陽質量以上的超大質量黑洞，猛烈地吞噬著周圍的物質，具有很大的紅移是它最顯著的特點。在照相底片上，類星體具有類似恆星的像，極少數類星體有微弱的星雲狀包和噴流狀結構。在它的光譜中，有許多強而寬的發射線會發出很強的紫外輻射，而射電源則會發出強烈的非熱射電輻射，有些類星體還會發出X射線輻射。類星體一般都有光變，時標為幾年，科學家們可以從光變時標估算出類星體發出光學輻射的區域的大小。

我們普遍認為，類星體的發射線產生於一個氣體包層，其產生過程與一般的氣體星雲類似，在氣體包層中存在著猛烈的湍流運動，而在其吸收線的區域里，湍流運動的速度則相對很小。在銀河系的早期生命中，早已有 2000多種已知的類星體存在，且大多數類星體已被發現數十億光年，因為它的旅行只需要很短的時間，所以研究太空中的物體就像一個時間機器一樣，在數十億年前，我們看到光線離開時的物體。簡而言之，當科學家們看得越遠，他們就可以了解到更遠的時間。像銀河系這樣的星系，也可能曾經有過一個長期沉默的類星體，了解更多關於這個類似於每年生產10000顆恆星的類星體，便可以向科學家們傳授更多關於這個遙遠而又關鍵的歷史時期，當第一批恆星和星系點燃、並將宇宙塑造成我們今天所知的樣子。類星體是一類被稱為活動星系核（AGN）的物體的一部分，關於類星體的研究一直是一個挑戰，因為它們與超大質量黑洞難以測量的質量有關。

類星體的終結和恆星的誕生

通常情況下，類星體往往意味著該星系中恆星形成的結束，但是，當其不再有天然氣體供應之後，其中部分星系誕生恆星的時間會比大家所預期的時間更長。當位於星系中心的超大質量黑洞落入物質的時候，便會導致類星體的形成，與此同時，磁碟本身還會損失大量的電磁能量，黑洞也因此看上去比銀河系還要明亮閃耀。氣體周圍的磁場隨著催化氣體接近光速的速度而變得扭曲，此時的材料射流甚至會穿過這扭曲的場線，在放置額外氣體落到上面的同時，扼殺該星系的氣體供應來源。這也是為什麼，天文科學家們的前提不是恆星形成，而是類星體標誌著星系的老化。

科學家們研究的星系很多，其中有一些和銀河系很類似，都具有明顯的旋臂；當然，其中也存在非常緊湊的類型，甚至還有一些出現了與另一個星系合併的情況，但它們都有一個共同點，那就是依然保持著讓我們意想不到的氣體供應。這些處於過渡階段的星系的確是非常罕見的，科學家們往往在其形成之前就已經捕獲了它們，而這樣的階段大約會持續1000萬年左右，這個看似很長的時間在宇宙的生命周期中，卻不過是眨眼之間很難抓住的東西。研究人員通過科學數據統計和分析得出，在具有增生超大質量黑洞的星系中，大約有10%的星系都保持著氣體供應，並且還能製造出新的恆星。我們還需要嘗試確定是否只有某些類型的星系在其生命的最後階段保留氣體供應，又或者這樣的現象是否發生在所有星系中。

活動星系和類星體之間有何關聯

有些類星體非常明亮，哪怕是120億光年的距離，可以在看到它們。類星體是強烈的X射線源和可見光源，也是迄今發現的最強大的X射線源。類星體的力量取決於其中心超大質量黑洞的質量，以及它吞噬物質的速度。在它們的中心，幾乎所有的星系、包括我們自己的星系，都被認為包含超大質量黑洞。類星體代表的是一種極端情況，受到大量氣體迅速湧入黑洞的影響，其能量輸出比星系本身大一千倍左右。而那些具有稍微不活躍的超大質量黑洞的星系，被稱為活動星系，其黑洞則被稱為「活動星系核」或AGN。

我們的銀河系和相鄰的仙女座星系是正常星系的例子，超大質量黑洞的氣體很少被捕獲。來自類星體和AGN的X射線，是在墜落物質被加熱到數百萬度的溫度時產生的，因為它向超大質量黑洞旋轉。然而，並不是引力漩渦中的所有物質都註定要落入黑洞，在許多類星體和AGN中，部分氣體會以熱風的形式逸出，以高達十分之一光速的速度從盤中吹走。其中更為引人注目的是高能噴氣機，科學家們通過無線電和X射線觀測結果顯示，它們遠離一些超大質量黑洞。這些噴氣式飛機以近乎光速的速度移動，從光束射出銀河系，行進數十萬光年。

類星體如何揭示宇宙的關鍵信息

我們自己的星系群大約有一百億年的歷史，在某些情況下，我們從最遙遠的類星體觀察到的光子與我們銀河系的年齡相當！通過無線電和X射線觀測，像我們自己的星系中心，也很明顯現地存在著尚未解釋的能量反應。有些星系被稱為活動星系，雖然它們離得更遠，但它們的核輻射比我們自己星系的輻射還要多。科學家們認為類星體的「核」非常明亮，以至於隱藏了相對暗淡的周圍星系。星系和活動星系的「核活動」與類星體中發生的活動，往往具有相似的特徵，因為它更容易觀察，這有助於驗證解釋類星體如何工作的理論。

那麼，類星體釋放大量能量背後的引擎是什麼？3C273射流提供了線索，這是一種射電，光學和X射線探測器，可以在十萬光年內進入太空，這種模式指向旋轉的超大質量物體。根據理論，來自周圍星系的物質圍繞著這個物體在所謂的吸積盤中運行，每當來自盤中的物質被重力拉到中心時，產生的電磁力就會產生一束高能粒子，這些粒子在無線電、光學和X射線能量下被觀察為射流。任何具有足夠質量以產生這些能量射流的物體，由於其自身的引力肯定會發生自行坍塌。此外，類星體和活動星系的核心都看到了巨大而黑暗的物體。事實上，理論中唯一符合這些標準的物體是一個黑洞，一個如此巨大的物體，甚至光都不會逃脫它的引力！

射電天文學家使用數字系統來命名天空中的物體，而3C273就在第3個劍橋目錄中被命名為第273個無線電源，3C273和3C48都是第一批次被確定的類星體，它們具有與以往任何研究不同的奇異光譜。在1963年，天文學家Maarten Schmidt（3C273）、Jesse Greenstein，以及Thomas Matthews（3C48）注意到，如果光譜只是一個非常大的紅移，那麼光譜就有特殊意義了 。換句話說，3C273正在以令人難以置信的速度（光速的十分之一）離開我們。了解有關3c273和其他類星體的更多信息，有助於更多地了解我們宇宙的歷史，大規模結構和未來。

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