爱读书 探索 活跃星系核心,强射电类星体,壮观的物质喷吐

活跃星系核心,强射电类星体,壮观的物质喷吐

简介:天文学家发现了一颗强大的类星体,它非常接近可观测宇宙的边缘。这颗类星体很特别,它在大量释放射电能量,这使得它可以帮助我们更好地了解宇宙非常年轻时的状况。

活跃星系核心,强射电类星体,壮观的物质喷吐-爱读书

天文学家在距离地球遥远的130亿光年之远的可观测宇宙的边缘处观测到了一颗强大的类星体。虽然在这个距离上也存在着许多类星体,但这一颗却显得与众不同:它是“射电强”的一类,这意味着它正在倾泻辐射能,而这意味着它可以归于一类能够帮助我们了解宇宙早期状况的天体。

类星体本身是一类特殊的星系。据我们所知,所有星系的核心部位都有一个超大质量的黑洞。如今大多数星系的黑洞都因为没有在吞食物质而保持着静默,银河系就属于这一类。

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而有一些星系,则存在着物质被超大质量黑洞吞食的情况,我们称之为活跃星系。落入黑洞的物质会在其周围形成一个异常炽热的圆盘,称作吸积盘,而其的外层则能形成一个巨大的环状尘埃云。

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除此之外,吸积盘内部也嵌入了极强的磁场。由于黑洞周围的物质形成了螺旋形,这些磁场像旋风一样动荡起来,而物质则以非常接近光速的速度从黑洞中喷发出来。我们称这些结构为射流,他们是巨大能量的象征。

Hercules A是一个邻近的活跃星系的例证,在其中心有着一个正在吞食物质,并喷射出巨量辐射和物质的黑洞。

来源:NASA, ESA, S. Baum and C. O’Dea (RIT), R. Perley and W. Cotton (NRAO/AUI/NSF), and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

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我们能从一个活跃星系中观察到的景象在很大程度上取决于我们观察时的几何位置。如果射流是面对我们的,我们就能够看到X射线、伽马射线这类高能光束。如果我们看到的是尘埃云环,那么大部分的高能现象会被阻挡,我们也只能看到可见光和红外线。活跃星系的类型有非常齐全的一系列。

类星体往往带有大量的高能光束(第一个类星体就是通过其X射线放射而发现的),而其

早期例子也被认为是强大的射电能来源。而当我们研究更多后则发现,放射性强的类星体(射电放射量大的类星体)才是少数;射电能力强的类星体只占所有的类星体中的10%。

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示意图中显示了一个活跃星系的中心,一个吸积盘维持了一个超大质量黑洞,其周围被巨大的尘埃云环包围。

来源:Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

新发现的类星体被称为PSOJ172.3556+18.7734(简称P172)。它在一次使用可见光(我们能看见的那种)的太空调查中发现了它,其颜色也暗示了它来自很远的地方。随后的一次观测证实了这一点,利用凯克望远镜和大型双目望远镜等巨型望远镜进行了一系列观测,证明了它与我们的的巨大距离:大约130亿光年(更准确地说,那里的光到达我们这里需要130亿年)。

使用甚大阵列射电望远镜进行的更多观测也表明,与大多数类星体不同的是,该类星体正在爆发射电能。比大约127亿光年还遥远的距离之外之外,已知有大约200个类星体,其中只有3个类星体的是放射性强的。在130亿,只有18个类星体是已知的,而P172是唯一一个无线电响亮的。

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通过观察目标的光谱,天文学家确定P172中心黑洞的质量约为太阳的3亿倍,足以成为中等至巨大尺寸的黑洞(银河系中心的黑洞只有400万倍太阳质量,尽管无可否认的是,此黑洞较之其他大部分黑洞要小)。

这一部分很有意思:当物质落入黑洞中时,它会变得异常炽热且明亮。通过测量黑洞的亮度,天文学家可以确定黑洞吸收物质的速度。通常情况下,这个吸收物质的速度具有一个上限;物质变得如此炽热,以至于它所发射出的光的巨力会将从更远处落入的物质吹走。这个速率被称为爱丁顿极限;一般来说,这是黑洞吞噬物质的最快速度。

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但P172中心的黑洞正在以远高于埃丁顿极限的速度吞食物质。事实证明在黑洞同时也产生射流的情况下,这一现象也是有可能发生的;物理学对此还不是很清楚,但是带有喷流的活跃星系,特别是放射性强的的星系似乎能够更快地将物质吸入黑洞。因而,这一类星体如此明亮的状态实际上向我们显示了黑洞周围的情况。

描绘遥远类星体的艺术作品,一个星系中心的超大质量黑洞,正在活跃地吞食物质,并喷出物质和能量的射流。来源:ESO/M. Kornmesser

同时,非常遥远的强放射性类星体往往坐落于宇宙中物质更富集的区域。人们认为,这些巨大的星云坍塌形成的不仅仅是星系,而是星系团的集簇,因此在如此遥远的地方发现一个强放射性的类星体,也可能指引我们更好地理解这些星系团是如何形成的。

除此之外,P172与其他类似的类星体相比,属于平均的辐射强度。我们知道,有一些活跃星系要强力的多,而这意味着我们可以在更远的地方发现更多类似的活跃星系!P172可能可以暂时保持放射性强的类星体的距离记录,但这项纪录很可能不能保持很长时间了。我们发现越多的类星体,我们对于宇宙早期早于8亿年的状态就会懂得越多。

我通常不喜欢描述被打破的记录,因为这说明它们常常又会被打破。但这一项纪录则有所不同,因为其一,在任何时候,如此遥远的地方发现的天体都是有所助益的,其二,它的存在这一事实终归暗示了会有许多其他类似的。

寻找在如此遥远距离之外的星体是极为恐怖的工作,因为它们极其黯淡,而且在天空中数量也不太多。而好消息则是,这一颗天体告诉我们要保持观察。还有许多有趣的事情都等着我们去发现。

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这个词语很有趣。无线电波是光的一种形式,而不是声音,人们很容易混淆两者,因为我们可以将无线电波转换成声音,并通过它传输信息,比如音乐或令人讨厌的膨胀的政治知识。更糟的是,我们把收听无线电波的设备称为收音机,所以这完全是一团乱麻。天文学家称之为“放射性强的”天体起不到积极作用。我们应该称他们为“放射性亮的”,尽管这样做会不会减少混乱程度还犹未可知。

BY: Phil Plait

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