類星體與宇宙奇觀

當太空射電望遠鏡第一次升空觀測時，便發現了宇宙中的無線電波點源，還有很密集的無線電輻射分佈區域。在無線電波點源區域中，天文學家們發現了超新星殘餘和一些非常明亮的點，剛開始天文學家稱這些向恆星一樣的天體是準星體無線電波點源，後來天文學家才確定其名字為類星體。

在後期的研究中，天文學家才逐漸發現這些無線電波點源不是我們銀河系中的天體。現在，通過長期觀測，天文學家知道這些無線電波點源是一些遙遠星系的天體結構，它們正在進行某種噴射能量活動。黑洞和類星體結構息息相關，正是因為這些星系中心存在一個超大品質黑洞，超大品質黑洞的吸積盤結構會發出光，所以才構成了天文學定義的類星體。

這張圖為我們展示了類星體的不同視角，在地球上觀察的時候，角度是有不同的

黑洞與類星體的前世今生

說到類星體我們不得不說黑洞，黑洞是近乎無限密度，擁有近乎無限品質的天體，其引力之強以至於光線也無法逃脫其引力。在哈勃望遠鏡之前，天文學家都無法直接觀測黑洞，之後哈勃望遠鏡的高解析度使得天文學家可以看到黑洞引力對其周圍環境的影響。哈勃還證明，即使不是全部，大星系的中心也極有可能存在超大品質的黑洞，這對星系形成和演化理論具有重要意義。

現在我們都認為黑洞的力量強大，可以平衡整個星系數千億恆星的誕生與毀滅，但是，黑洞本身不會發出可見光或無線電，我們從類星體看到的光其實來自圍繞黑洞的氣體和恆星圓盤，這個結構也被稱為吸積盤。由於天體物質會在黑洞周圍旋轉，最終進入黑洞之前會產生摩擦力，所以這些物質會從吸積盤發出強烈的熱量和光。類星體通常比承載它們的星系亮100倍以上！類星體也會發出射流，這些噴射流會從其中心區域噴出，其範圍甚至可能大於主星系星盤直徑。當類星體射流與星系周圍的氣體相互作用時，會發射出無線電波，這些無線電波可以被無線電望遠鏡捕獲。

類星體渲染圖

類星體的無線電波由此而來，類星體中心附近的電子可以加速到接近光速的速度。在存在磁場的情況下，電子會沿著螺旋路徑移動，結果它們就會發出無線電波，類星體發出的這種無線電波在天文學中也被稱為同步輻射。

看到這裡我們對類星體已經有了初步了解，其實就是當物質掉入星系中心超大品質黑洞周圍的吸積盤中時，就會形成類星體結構。如果物質掉入超大品質黑洞周圍的吸積盤結構中，會由於摩擦和重力作用而發熱，就會散發出大量能量，這就是類星體了。

左邊的哈勃太空望遠鏡影象為我們展示了在室女座的類星體3C 273和它的噴流。衍射峰測試表明類星體確實是一個點光源，如果3C 273距離地球30光年，它就會像太陽一樣明亮，甚至比太陽還要明亮

形成類星體的一個最重要的條件就是一定要有一個超大品質的黑洞……通過計算機模擬的資料，兩個星系碰撞的時候更有可能“啟用”類星體。在大約40億年的時間內，我們的星系將與仙女座星系相撞。如果銀河系和仙女座星系黑洞結合在一起，則可能有足夠的物質形成類星體。所以類星體其實就是黑洞與吸積盤結構的一個綜合體，如果吸積盤材料消失或者消耗完畢，類星體就會關閉。

宇宙演化還與類星體有關？

類星體是如此明亮，以至於使包含它們的古代星系都會黯然失色，它們是由黑洞驅動的遙遠天體，德國馬克斯·普朗克天文學研究所的天文學家布拉姆·威尼曼斯表示：“類星體是迄今為止已知最明亮，最遙遠的天體之一，對理解早期宇宙環境與宇宙演化的過程至關重要。”

藝術家繪製的紅色和藍色類星體的渲染圖。紅色類星體是一個短暫的過渡階段，新生類星體會被氣體和塵埃包裹，藍色類星體是一種較隱蔽的類星體，具有極強的噴射流特徵

類星體距離我們很遠，這也就意味著光從類星體到達我們地球需要數十億年的時間，所以類星體都非常古老。我們的銀河系附近沒有類星體，類星體不會在現代宇宙時代演化，類星體是在古代宇宙時代誕生或者演化的。天文學家對類星體的科學研究很感興趣，類星體的古老演化歷史就意味著宇宙在過去（數十億年前）是不同的時代和時空。換句話說，現在在我們周圍看到的星系在遙遠的過去可能是類星體，即使是我們的銀河系，很久以前也可能是包含類星體的星系。

既然類星體的能量這麼強大，那麼類星體是否會像宇宙伽馬射線一樣對我們構成影響呢？其實剛才我們說過了，類星體距離我們太遙遠了，它們的同步輻射對我們完全沒有影響。我們的星系中心有一個超大品質的黑洞，但是這個黑洞還是不夠大，沒有足夠的材料來餵養它成為類星體。即使我們銀河系的中心是一個類星體，它距離我們也很遙遠，有26000光年的距離，所以類星體不會對地球產生重大影響。

類星體形成與不同階段

現在，天文學家們認為包含類星體的微小的點狀微光實際上就是古代星系。類星體僅在具有超大品質黑洞的星系中存在，這些黑洞的品質都在太陽品質的數十億倍以上。儘管光無法從黑洞本身逸出，但某些訊號可能會在其邊緣自由破裂。當一些灰塵和氣體落入黑洞時，其他粒子則會以接近光速的速度加速離開它。

馬克斯·普朗克天文學研究所的天文學家法比安·沃爾特在一份宣告中說：“類星體是在宇宙中大規模物質密度遠高於平均密度的區域形成的。”大多數類星體都距離我們有數十億光年遠，因為宇宙太巨大，就連光到達我們的眼睛都需要很長時間，所以研究太空中的天體很像研究一部時光機。我們看到了數十億年前的天體。因此，科學家看得越遠，他們所看到的時間就越遠。在已知的2000多個類星體中，絕大多數存在於宇宙的早期。

哈勃太空望遠鏡的第二廣域成像儀觀測到的類星體

在2017年12月，天文學家發現了迄今為止最遙遠的類星體，距地球130億光年。科學家觀察到的這個類星體被稱為J1342 + 0928，因為它僅僅在大爆炸之後僅6.9億年就出現了。類星體會發出數百萬，數十億甚至數萬億電子伏特的能量。這種能量超過了銀河系中所有恆星的總光量。根據美國國家航空航天局的資料，第一個被確認的類星體3C 273 距地球25億光年，它是最接近的類星體之一。

類星體都是宇宙的元老級天體

類星體就好像是宇宙的寶藏，它們擁有極高的科學研究價值，研究類星體可以讓我們更了解宇宙的演化以及早期星系的演化現象。現在，隨著太空望遠鏡的發展也會發現更多類星體，通過不斷的資料比對和糾正，我們對宇宙早期的環境的理解將更上一層樓。

HE0435-1223位於這幅寬視野影象的中心，它是迄今為止發現的五個最佳透鏡狀類星體之一

現代黑洞只佔星系總品質的千分之一，但是觀察結果表明，宇宙早期的原始黑洞品質可以占星系的10%品質以上，這些原始黑洞中有很大一部分是非常巨大的。這是很有趣的現象，通過類似的觀察結果，天文學家確定在早期宇宙中，黑洞在形成和生長方面超過了星系。只有在宇宙歷史的晚期，銀河系才會出現。因此，觀察類星體和與之相關的黑洞可以為我們提供有關宇宙早期演化的一些資料。另外，這些理論資料也會對宇宙大爆炸等宇宙起源理論提供一定的資料支援。

這是類星體3C19.44，由錢德拉x射線太空望遠鏡拍攝。覆蓋的等高線顯示了無線電輻射的範圍，天文學家用綠色的畫素線條標註了長達100kpc的無線電輻射範圍，100kpc的尺寸相當於329000光年