类星体

类星体：宇宙中的神秘明灯

基本解释

类星体，又被称为似星体或魁霎，是20世纪60年代天文学领域的四大发现之一。这种天体长期令天文学家们困惑不解，因为它展现出的特性既不同于恒星，也不同于已知的星系或其他天体。

详细

发现及命名

20世纪六十年代，天文学家在广袤无垠的星海中意外发现了奇特的天体。这些天体在照片上看起来像是恒星，但它们的光谱却与行星状星云相似，同时发出射电（即无线电波），但又不完全符合星系的特征。它们被命名为“类星体”。这一发现与宇宙微波背景辐射、脉冲星以及星际分子共同构成了20世纪60年代天文学的四大突破。

早在1960年，天文学家就发现了射电源3C 48的光学对应体是一种视星等为16等的恒星状天体。令人不解的是，其光谱中出现了几条完全陌生的谱线。随后的年份里，类似的天体陆续被发现，它们都有着不同寻常的光谱特征。最终，这些神秘的天体被统一命名为类星射电源。进一步的观测和研究揭示了另一类形态类似恒星，但没有射电辐射的天体，被称为射电宁静类星体。

类星体的特点

类星体的显著特点是具有巨大的红移，表明它们正在以惊人的速度远离我们。这些天体距离我们几十亿光年之遥，可能是目前所发现的最遥远的天体。尽管距离如此遥远，我们仍然能够看到它们，是因为它们以光、无线电波或X射线的形式发射出巨大的能量。它们比正常的星系亮上千倍，但其尺寸却出人意料的小。一般认为，这些巨大的能量可能是由于物质被吸入星系中心的超大质量黑洞中而释放出来的。这些遥远的类星体可能是在星系尚未稳定阶段时，物质被导入中心黑洞而“点亮”的。它们的存在对现有的物理观念提出了挑战，其研究可能推动我们对自然规律的认识向前迈进一大步。

缘起与定名

自1960年起，人们对剑桥第三电波星表中的某些无线电波源开始进行深入的研究。这些源在光学直径小于一的情况下与恒星难以区分。它们在帕罗马天文台的照片上仅表现为一个光点。这些类星体展现出了巨大的亮度以及连续光谱和强烈的发射谱线等特性。在随后的几年中，人们逐渐认识到这些神秘的天体的光谱主要由三部分组成：同步辐射造成的非热性连续光谱、吸积作用造成的极明亮的发射谱线以及星际介质造成的吸收谱线。它们的光谱呈现出巨大的红位移量。根据哈勃定律的推论，这些类星体是极为遥远的蓝色星系。它们的可见光绝对亮度远超一般的正常星系，而电波强度则与CygA星系相当。至此阶段的研究终于赋予了它们一个名字类星体（Quasar）。随着研究的深入进行到了后续阶段之后发现某些类星体并没有辐射无线电波或辐射电波非常微弱未被检测到人们将其划分为两类一类是能用光学及电波段测出的类星电波源（简称QSR），这一类比较少占目前类星体总数的二十分之一另一类是只能以光学方式检测到的射电宁静类星体或称电波宁静类星体（简称QSO）。尽管它们发出的电波较弱但它们的存在无疑为我们揭示了宇宙中隐藏的秘密为未来的研究提供了宝贵的线索。今日，我们对类星体有了更深入的理解。它们曾一度被神秘地笼罩，但现在我们知道它们其实是宇宙中一种特殊的天体，只是电波辐射强度有所不同。我们称之为类星电波源或类星体，它们可能处于短暂的活跃期。科学家们通过不断的研究发现，它们其实是宇宙中非常明亮的天体。类星体在可见光和电波波段的天空中广泛分布，数千个已被发现。例如，M.P.Veron-Cetty和P.Veron在1989年的星表目录中有记录的就有4,170个类星体。红移数据的记录也为我们提供了更多关于类星体的信息。下面让我们更深入地了解类星体的历史及其特点。在最近的记录中，我们得知有最亮的类星体如S50014+81的绝对星等达到了惊人的Mv=-33等。还有像PKS2000-300这样的类星体，它的红移指数最大，z值为3.78。值得注意的是，自上世纪八九十年代以来，发现了越来越多的红移更大的类星体，其中z值超过4的就有约三十个。尤其是最近的报告指出的PC1247+3406的z值高达4.90。当我们分析这些类星体的红移数据时，发现了一个有趣的现象：红移小于2的类星体数量随着红移值的增大而增多，但当红移大于2时，数量却随着红移值的增大而减少。最早发现类星体巨大红移现象的科学家是M.Schmidt。在分析光谱时，他意识到这些强烈的发射谱线相对于氢原子光谱的排列顺序发生了明显的移动，整个光谱都向红端移动了一大截距离。类星体的巨大红移意味着我们不能简单地用哈勃定律来估算它们的距离，而需要考虑广义相对论为基础的宇宙模型来解释这一现象。除了距离问题外，类星体与星系的关系也引起了科学家的极大兴趣。类星体的绝对星等表明其光度极高，达到了宇宙最亮的级别。它们可能是遥远活跃星系的极亮核以及塞佛特星系、N星系和电波星系强烈活动的延续。在某些情况下，我们只能看到类星体的光芒掩盖了星系的光亮轮廓，只有借助先进的探测技术才能分辨出它们背后的星系。观测还发现了一些令人惊奇的现象。在某些类星体中，子电波源之间的分离速度超过了光速！例如，通过巨大的天线阵列对波长进行观测的结果显示，在一段时间内这些子电波源之间的分离速度高达惊人的倍数。虽然看似不可思议的超光速现象在视觉上可能产生超光速的效果但实际上并不违反物理学定律的速度极限概念这可以被解释为由物体产生的电磁波或光的移动相对于物体的位置所产生的视觉错觉关于这种类星体的主要观测特点它们在照相底片上的图像具有类似恒星的形态非常微小极少数具有微弱的星云状包层如3C48此外它们的光谱中具有许多强而宽的发射线包括常见的元素如氢氧碳镁的谱线但与某些天体相比氦线相对较弱甚至不出现这表明这些天体中的氦丰度较低这些发射线的出现可能与气体包层中的剧烈湍流运动有关总之对类星体的研究仍在不断深入其神秘的面纱正逐渐揭开让我们期待更多关于它们的惊人发现在遥远的宇宙中，有一些神秘的天体闪耀着强烈的光芒，它们被称为类星体。这些类星体的光谱揭示了许多关于它们的特性和谜团。

这些类星体的光谱中有锐利的吸收线，暗示着在这些天体的某些区域中，湍流运动的速度相对较小。它们发出强烈的紫外辐射，呈现出鲜明的蓝色调。在光学波段，它们的连续光谱能量分布遵循幂律谱形式，这是一种特殊的辐射模式。这些类星体的光学辐射具有偏振特性，表现出非热辐射的性质。

类星体的红外辐射也非常强烈。在射电领域，它们发出强烈的非热射电辐射。射电结构多样，有双源型、复杂结构和致密单源等。其中，致密单源的位置常与光学源重合。射电辐射的频谱指数反映了不同类星体的射电特性。

类星体通常还伴随着光变现象，其时间尺度从几天到几年不等。有些类星体的光变非常剧烈，让我们能够估计出它们发出光学辐射的区域大小。它们的射电辐射也经常发生变化。令人惊奇的是，一些双源型类星体的两个子源会以极高的速度向外分离。

这些类星体的一个显著特征是它们的发射线具有显著的红移现象。红移是宇宙学中一个重要的概念，它暗示着天体正在远离我们而去。对于类星体而言，红移的存在进一步加深了我们对它们的认识。近年来，天文学家们对类星体的X射线辐射也进行了观测，揭示了更多关于这些神秘天体的信息。

关于红移的存在，存在多种假说和解释。哈勃红移是最被广泛接受的理论之一，它认为红移是由于宇宙膨胀导致的。还有引力红移和局部红移等理论。引力红移认为谱线会因为远离强引力场的地方而向长波方向移动，但这一理论在解释类星体的红移现象时面临一些困难。局部红移则认为可能是某些星系高速喷出物质所造成的局部现象。

为了进一步研究红移现象，天文学家们寻找低红移类星体，并与附近的椭圆或漩涡星系进行比较。还有令人震惊的“双胞胎类星体”的发现，这一发现不仅印证了爱因斯坦广义相对论中重力透镜的预测，而且进一步支持了哈勃红移理论。

当这些类星体之间的重力透镜效应发生时，我们可以观察到它们的光度变化。这一变化为我们提供了研究类星体距离的可能性，有助于我们验证哈勃红移理论。由于类星体与我们之间存在的无数物质造成的引力多重影响，使得这一方法的实施变得困难。

类星体中的吸收线也为我们提供了宝贵的信息。吸收谱线所测得的Zabs与发射谱线的z值不同，这为我们揭示了类星体和我们之间星际物质吸收的存在。

类星体作为宇宙中的神秘天体，它们的存在和特性为我们揭示了宇宙的奥秘。通过对它们的研究，我们不断加深对宇宙的认识，解开更多谜团。在高红移类星体的神秘面纱时，我们发现了一个令人惊奇的奥秘。在高红移类星体的吸收线系统中，可以寻找到低红移星系（及类星体）的吸收线系统，在相反的情况下却无法发现高红移类星体的吸收线。这似乎暗示着高红移星体确实隐藏在低红移星系（类星体）的背后，宛如宇宙中的秘密宝藏。

有一个神秘的宇宙居民，它被称为BL蝎虎座天体，一种非常独特的存在。它如同一个无特征的特征，展现出不规则的光度变化，且谱线难以捉摸，可能是过于微弱。它的连续光谱属于非热性，在可见光部分比类星体更为陡峭。至今，我们已发现了大约100个这样的奇特天体。

那么，类星体究竟是何方神圣呢？它的外观类似于恒星，光谱则与塞佛特星系相似，电波性质则与电波星系相呼应。目前的一种认定是，类星体可能是宇宙在大爆炸后最先形成的“星系”的前身。毫无疑问，它是一种非常活跃的天体。如果宇宙红移理论正确无误，那么类星体在我们宇宙中扮演着极其重要的角色。它们代表着最遥远、最古老的宇宙，从侧面反映出整个宇宙的演化过程。由于其极高的亮度和神秘的吸收线，它们成为我们研究宇宙中介物质的最佳工具。

的解释揭示了类星体的奇异性质。越来越多的证据表明，类星体实际上是一类活动星系核（AGN）。这些活动星系核模型认为，在星系的核心位置存在一个超大质量黑洞。在这个黑洞的强大引力作用下，周围的尘埃、气体以及部分恒星物质形成了一个高速旋转的巨大家庭。在吸积盘内侧靠近黑洞的地方，物质落入黑洞并释放出巨大的能量，形成物质喷流。强大的磁场则约束这些喷流，使它们只能沿着磁轴方向高速射出。如果这样的喷流恰好面向观察者，我们就能观测到类星体。

宇宙中的一切物质都在不断运动。遥远的星系也在远离我们而去。例如，室女座星系团、后发座星系团、武仙座星系团都在高速离去。为什么星系要远离我们？我们是如何知道它们在运动的呢？这背后蕴含的是物理学中的多普勒效应。多普勒效应不仅适用于声波，也适用于光波。一个高速运动的光源发出的光到达我们眼睛时，其波长和频率都会发生变化，也就是说它的颜色会有所改变。虽然天文学家可以利用这一原理测量天体的运动速度较慢的天体很难观察到颜色的变化但我们可以使用光谱分析法研究星系的运动情况从而发现它们的运动速度和方向哈勃定律的发现揭示了宇宙中的星系普遍存在谱线红移现象并且星系的红移量与其距离成正比这意味着越远的星系正在以越快的速度远离我们这一重要定律为我们提供了观测和研究宇宙的新视角通过观测星系的谱线红移量我们可以计算出它们的距离从而更好地理解宇宙的广袤和深远的意义。。宇宙之谜：星系为何纷纷离我们远去？

红移现象一直困扰着天文学家们，引发了无数的猜想和理论。比利时天文学家勒梅特早在哈勃定律发表前两年就提出了宇宙膨胀的概念。至今，关于红移的本质以及星系为何远离我们的疑问仍未得到圆满的解答，这些问题已成为天文学领域的重大挑战。

宇宙膨胀理论起源于对哈勃定律的研究。英国天文学家爱丁顿将勒梅特的模型与哈勃定律相联系，开启了宇宙膨胀的。美国物理学家伽英夫进一步提出，现在的宇宙起源于一个巨大的原始火球的一次大爆炸。这一理论在彭齐亚斯和威尔逊发现宇宙背景辐射后，得到了强有力的支持。

宇宙膨胀理论并非无懈可击。一些天文学家对星系谱线的红移持怀疑态度，他们认为红移并不一定意味着宇宙的膨胀。至今尚未找到令人满意的替代解释。一些理论认为红移可能与引力有关，或是光线在传播过程中与物质相互作用的结果，或是光线本身随时间变化而产生的现象。但这些理论都尚未得到充分的证实和解释。

与此类星体的红移现象进一步增加了问题的复杂性。大多数天文学家坚持认为类星体的红移反映了宇宙的膨胀，其物理性质与活动星系相似，因此满足哈勃定律。对于类星体红移的特殊性，仍有少数天文学家持不同意见。他们认为类星体的红移并非由宇宙学因素引起。

尽管面临诸多争议和挑战，科学家们仍在不断宇宙的奥秘。从宇宙背景辐射到星系的红移现象，每一个发现都在推动我们对宇宙的认识向前发展。我们生活在一个充满未知的宇宙中，每一次的都可能揭开新的谜团。宇宙的奥秘可能永远无法完全揭示，但正是这种未知和挑战推动着科学的进步。我们会继续追寻宇宙的足迹，那些遥远的星系为何纷纷远离我们，揭示宇宙的终极秘密。在这个过程中，每一个理论、每一个观点都可能成为我们理解宇宙的钥匙。让我们拭目以待，期待未来的新发现和新理论为我们揭示更多关于宇宙的奥秘。在浩渺的宇宙之中，总有一些特别的星系和类星体，它们似乎在向我们传递着某种神秘的信息。通过对这些特殊的星系和类星体的抽样统计研究，我们发现了一种特殊的现象：有些互相成协的星系或类星体之间，它们的红移量存在显著的差异，甚至完全不同。这就像是在宇宙的交响乐中，有些音符的音调出现了不和谐的偏差。

当我们深入观察这些类星体的光谱时，惊奇地发现，其吸收线的红移量与发射线的红移量各自为政，互不相同。更令人困惑的是，不同的吸收线竟然拥有各自独特的红移量，呈现出多重红移的奇特景象。这些成协天体的不同红移和同一天体的多重红移，用我们熟知的多普勒效应无法圆满解释。

为了寻找答案，我们不得不转向新的红移机制。除了引力红移、光子老化、物理常数变化等已有的理论，还有一种被称为“横向多普勒效应”的观点。这些类星体展现的巨大红移，可能暗示了它们具有惊人的横向速度。

这些观点中，有的仅仅是初步的假说，有的虽然具备理论支持，但却难以完全解释类星体的红移现象。这些类星体的红移现象似乎在对我们的现代物理学发出挑战。

正是这些对星系普遍存在的谱线红移的观测和研究，推动了现代宇宙学的迅速发展。我们整个可观测宇宙的结构、起源和演化，正逐渐在我们的中揭开神秘的面纱。一旦星系红移的真相被揭示，人类对宇宙的认识必将迎来一个前所未有的飞跃。

这是一个充满挑战与机遇的时代，宇宙的奥秘正逐渐在我们这一代人的手中被解开。我们期待着那一天的到来，当真相大白于天下，我们将站在人类的巅峰，俯瞰这个宇宙的壮丽景色。