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耀变体,宇宙中比黑洞还暴躁的怪兽,“枪口...

提起宇宙中的怪物,大家首先想到的,就是黑洞了。不过,对这个直径达到942亿光年的宇宙来说,如果只有黑洞这一种怪物,那就有点忒寒碜了。

今天,咱们要聊一聊比黑洞还恐怖的天体——耀变体

1929年,加拿大的大卫·邓拉普天文台在宇宙深处发现了一个神秘的天体,它的亮度在不断地变化。当时,人们以为这是一颗银河系的变星,于是按照变星的命名法来给它命名。

后来,当射电望远镜越来越强大,科学家发现,它的变化和变星并不相同,而是类似于黑洞的相对论性喷流。而它的红移值也告诉我们,它远不是银河系内的天体,而是距离我们近30亿光年。于是,科学家单独给它起了个名字——蝎虎座BL(BL Lacertae 或BL Lac)。随着其他类似的天体被发现,科学家们将它们统一称作蝎虎座BL型天体(BL Lacertae-type objects,简称BL Lac object或BL Lac)。1978年天文学家埃德·施皮格尔创造了一个词语给他们分类——blazar,中文译作耀变体

目前科学家认为,耀变体属于活跃星系核的一种。活跃星系核又是啥呢?根据字面意思就能明白,这是一种非常活跃的星系核,虽然尺度通常只有1光年,但是其光度远远超过了自己所在的星系。包括蝎虎座BL型天体、类星体、西佛星系等在内的天体,都属于活跃星系核。

而耀变体,是活跃星系核中比较特殊的一种,大致可以分为两类——蝎虎座BL型天体和高变类星体(blazar的名字也是两种天体英文名结合而成的),另外还有介于二者之间的过渡天体。至于蝎虎座BL型天体和高变类星体之间的区别,目前比较普遍的说法是,前者和较弱的电波星系有关,后者则是和较强的电波星系相关,它们在辐射量丰度上有一定的区别。

本质上来说,这些活跃星系核,都是以中心的超大质量黑洞为主。如果你非要说活跃星系核,或者说耀变体的本质是黑洞,其实也有道理。当这些黑洞周围的物质被吞噬的时候,会有能量以光子、电子、正电子等粒子的形式释放出来,速度接近光速,而且非常剧烈。在黑洞强大的磁场和辐射风的作用下,这些能量基本被束缚起来,朝着单一的方向喷射到宇宙空间,这就是黑洞的相对论性喷流。

耀变体之所以特殊,就在于它们的相对论性喷流恰好指向或者基本上是指向地球的。因此,对于我们地球来说,属于恰好面对着它们的“枪口”,所以显得尤其明亮。

自从确定了耀变体这个分类后,科学家们就一直在对它们进行不断的观测。

除了美国的哈勃太空望远镜兼职观测之外,还有费米伽玛射线太空望远镜(原名“伽马射线广域空间望远镜”Gamma-ray Large Area Space Telescope)做着相对专职的耀变体观测任务。

2017年,NASA戈达德太空飞行中心的天文学家Roopesh Ojha宣布,费米伽玛射线太空望远镜两年来对5个最原始的耀变体进行了深入观测,其中最近的一个,距离我们也有119亿光年。这些耀变体都极其恐怖,其中两个的质量都至少在太阳的10亿倍以上。它们每秒钟释放的能量,也达到了太阳的20000亿倍!

图片说明:费米太空望远镜和耀变体假想图

同时,为了更好地观测耀变体,全世界的科学家联合当地的望远镜,展开了更加宏大的观测项目——VLBI。

VLBI全称叫做甚长基线干涉测量(very long baseline interferometry),简单说,就是利用不同区域的射电望远镜,在时间同步和相位同步的条件下观测,这就相当于构建了一个口径极大的虚拟望远镜。如果这些望远镜的分布在世界的两端,那么就可以看作是一个口径为地球直径的超级望远镜。

没错,就类似于去年拍摄第一张黑洞照片的事件视界望远镜。

我国的上海天马65米望远镜、云南昆明40米望远镜、新疆乌鲁木齐26米望远镜,均参与了欧洲VLBI网与东亚VLBI网的观测。

今年1月份,中科院上海天文台领衔的中外研究团队在国际权威学术期刊《自然-通讯》上发表了研究论文,公布了对耀变体J0906+6930绘制的高分辨率图像。

J0906+6930最早于2004年被发现,距离我们有127亿光年。那个时候,宇宙还很年轻,刚刚完成再电离(再电离的内容我们会在最近的【宇宙出生日记】栏目中介绍)。因此,J0906+6930很可能是宇宙中最早的一批超大质量黑洞。而在中科院上海天文台所拥有的耀变体样本中,J0906+6930是最为明亮的一个,而且非常便于观测。

2017年的时候,上海天马65米望远镜等设备就对准了它,展开了观测和研究。经过三年的研究,最终发表了上述论文。

正是由于很多耀变体存在于宇宙的最深处,这也意味着它们是宇宙最古老的天体之一。对于一百多亿年前宇宙发生了什么非常好奇的科学家来说,这些遥远的天体就是最好的见证者。同时,对于耀变体的研究,或许也可以帮助科学家进一步确定哈勃常数的范围——这和宇宙的膨胀速度直接相关,后者暗示着宇宙未来的命运。

因此,耀变体对于科学家来说,具有极大的吸引力。也许,解开宇宙演化之谜的钥匙,就藏在耀变体之中吧!

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