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类星体超光速运动现象之谜:只是视超光速

2018-09-28  博_览天下
                                                                      类星体,又称为似星体、魁霎或类星射电源,与脉冲星、微波背景辐射和星际有机分子一道并称为1960年代天文学“四大发现”。
  


  最远的类星体(图片来源:M.Kornmesser,ESO)
  
  这是一张艺术想象图,模拟天文学家最近发现的距离地球已知最遥远的类星体ULASJ11200641。这其实是一个质量相当于20亿倍太阳质量的巨型黑洞正不断发射出强烈的辐射。有关这一类星体目标发现的消息被发表在一篇刊登于《自然》杂志上的论文中。
  
  类星体是一类极其明亮但也及其遥远的特殊星系,据信它们的核心位置存在超大质量黑洞,并且正不管吞噬周遭的物质。由于其遥远的距离,光线需要很长的时间才能抵达地球,从而被地球上的人们观测到。事实上,根据欧洲南方天文台的科学家们计算,这一类星体所处的时代距离宇宙诞生仅有7.7亿年。一般认为宇宙起源于一次大爆炸,该事件发生于137亿年前。
  
  类星体的发现
  
  1960年,美国天文学家艾伦·桑德奇用一台5米口径的光学望远镜找到了剑桥射电源第三星表上第48号天体(3C48)的光学对应体。他发现3C48的光谱中,在一个奇怪的位置上有一些又宽又亮的发射线。
  
  1963年荷兰裔美国天文学家马丁·施密特发现在3C273的光谱中具有与3C48类似的现象,通过仔细研究,他发现这些发射线实际上是人们早已熟知的氢的发射线,只不过朝着红光的方向移动了相当长的一段距离,也就是说它们具有非常大的红移。
  
  由于在光学望远镜中观察,类星体与普通的恒星看上去似乎没有区别,因此得名类星体(QuasiStellarObject,或者quasar)。
  
  类星体的特征
  
  绝大多数类星体都有非常大的红移值(用Z表示)。类星体3C273(QSO1227+02)的Z=0.158,远远超过了一般恒星的红移值。有不少类星体的红移值超过了1,有的甚至达到4以上,至今发现的最远的类星体为ULASJ1120+0641,其红移达到7.1。根据哈勃定律,它们的距离远在几亿到上百亿光年之外。
  
  观测发现,有的类星体在几天到几周之内,光度就有显著变化。因为辐射在星体内部的传播速度不可能快于光速,因此可以判定这些类星体的大小最多只有几“光日”到几“光周”,大的也不过几光年,远远小于一般的星系的尺度。
  
  类星体最初是在射电波段发现的,然而它在光学波段、紫外波段、X射线波段都有很强的辐射,射电波段的辐射只是很小的一部分。
  
  根据以上事实可以想到,既然类星体距离我们如此遥远,而亮度看上去又与银河系里普通的恒星差别不大(例如3C273的星等为13等),那么它们一定具有相当大的辐射功率。
  
  计算表明,类星体的辐射功率远远超过了普通星系,有的竟达到银河系辐射总功率的数万倍。而它们的大小又远比星系小,这就提出了能量疑难,也就是说:类星体如此巨大的能量从何而来?它们的能量机制是什么?
  
  类星体能量之谜
  
  在类星体发现后的二十余年时间里,人们众说纷纭,陆续提出了各种模型,试图解释类星体的能源疑难。比较有代表性的有以下几种:
  
  黑洞假说:类星体的中心是一个巨大的黑洞,它不断地吞噬周围的物质,并且辐射出能量。
  
  白洞假说:与黑洞一样,白洞同样是广义相对论预言的一类天体。与黑洞不断吞噬物质相反,白洞源源不断的辐射出能量和物质。
  
  反物质假说:认为类星体的能量来源于宇宙中的正反物质的湮灭。
  
  巨型脉冲星假说:认为类星体是巨型的脉冲星,磁力线的扭结造成能量的喷发。
  
  近距离天体假说:认为类星体并非处于遥远的宇宙边缘,而是在银河系边缘高速向外运动的天体,其巨大的红移是由和地球相对运动的多普勒效应引起的。
  
  超新星连环爆炸假说:认为在起初宇宙的恒星都是些大质量的短寿类型,所以超新星现象很常见,而在星系核部的恒星密度极大,所以在极小的空间内经常性地有超新星爆炸。
  
  恒星碰撞爆炸:认为起初宇宙较小时代,星系核的密度极大,所以常发生恒星碰撞爆炸。
  
  对类星体的进一步观测发现了一些新的现象,例如光谱中不同元素的谱线红移值并不相同,发射线和吸收线的红移值也不尽相同。
  
  在一些类星体中发现了超光速运动的现象。例如1972年,美国天文学家发现类星体3C120的膨胀速度达到了4倍光速。还有人发现类星体3C273中两团物质的分离速度达到了9倍光速。而类星体3C279(QSO1254-06)内物质的运动速度达到光速的19倍。
  
  人们起初认为这对相对论提出了巨大的挑战。
  
  最近的研究表明,这些超光速运动现象只是“视超光速”想象,起因于类星体发出的与观测者视线方向夹角很小的亚光速喷流,实际上并没有超过光速。(维基百科)

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