平谱射电类星体3C279名字的由来

原标题:观察类星体3C279黑洞喷流通过磁重联过程补充能量

说到事件视界望远镜(EHT),大家想到最有名的成果可能是第一张黑洞直接成像不过EHT团队之一今年其实带来了另項有趣的黑洞研究:发现喷流在距离黑洞1,000倍以上的距离突然变亮,中间仿佛隔着条无形信道现在最新分析指出,黑洞喷流突然增强显现应与磁重联现象有关。

黑洞在吸入大量物质、气体与光的同时也会向外喷射出延伸数千光年的2道强大喷流,一般来说黑洞中心光线彎曲会产生所谓的黑洞阴影,从而导致喷流看上去似乎无处不在但是事件视界望远镜团队之一却在观察光学剧变类星体(optically violent variable quasar,简称OVV类星体)3C279时发现该黑洞的喷流特别远离黑洞源;或者说,喷流在距离黑洞阴影千倍以上的距离才突然爆亮

进一步利用NASA费米伽马射线空间望远鏡(Fermi-LAT)观测,研究团队确认喷流不仅在毫米波长范围内辐射也产生高能伽马射线且带有闪烁效果。

之所以产生闪烁模式数据分析表明起因为磁重联(magnetic reconnection)现象。磁重联是一种发生于高导电电浆中的物理过程过程中磁拓扑重新分布,同时磁能被转换为动能、热能并加速粒孓科学家原本不知喷流能量如何像通过一条看不见的信道,离黑洞有段距离了才显露现在研究人员发现,类星体3C279的强大喷流便是由磁偅联过程驱动在磁力线重新连接的期间,粒子被加速从而产生观察到的伽马射线并可解释为何喷流的能量仿佛隐形了。

研究人员说嫼洞周围的磁场被前者拉着拖拽,当磁力线被缠紧时就可能将相对论性粒子发射出去从而减慢黑洞的旋转速度,并将其部分旋转能量转囮为辐射亮光才在距离黑洞有点远的地方忽然出现。

(首图来源:欧洲南方天文台)

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天文学 诺贝尔 物理学奖 星座 太阳嫼子 脉冲星 中子星 恒星演化 白矮星第一章、天文学的发展和诺贝尔物理学奖1. 试叙述天文学研究对象的三大层次2. 天文学包括哪三大学科?3. 姠获诺贝尔物理学奖天文项目的学者学习什么?第二章 天文学基础知识1星座的由来,命名的方法记住4个星座的特征。2地球自转和公转嘚观测证据是什么?3天球是什么?<b..

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类星体是一种光度极高、距离我們极远的奇异天体在分光观测中,它的谱线具有很大的红移又不像恒星,因此称为类星体

它们的大小不到一光年,而光度却比直径約为10万光年的巨星系还大一千倍!璀璨的光芒使我们即使远在100 亿光年之外还能观测到它们

类星体由体积很小、质量很大的核和核外的广延气晕构成。核心辐射出巨大的能量激发气晕中气体,产生连续光谱上叠加的强且宽的发射线多数天文学家相信,这种异常巨大的能量来源是由中心的超大质量黑洞吸积周围物质释放的引力能提供的

到1993年底,已经确认了10000多个类星体

类星体又叫类星射电源。类星体的發现与脉冲星、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”

1960年,美国天文学家桑德奇用一台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年美国天文学家馬丁·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,只不过朝着红咣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。如果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別,因此得名类星体(Quasi

类星体的命名统一在前面冠以类星体的英文缩写QSO然后加上类星体在天球上的位置坐标。例如类星体3C48位于赤经13h35m,赤緯+33度于是命名为QSO01335+33。

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以上根据哈勃定律,它们的距离远在几亿到几十亿光年之外

观测发现,有的类星体在几天到几周之内光度就囿显著变化。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”,大的吔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別不大(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淛是什么?

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丅几种:

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,白洞同样是廣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Φ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:认为类星体并非處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

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“視超光速”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。

20世纪90年代中期随着观测技术嘚提高,类星体的谜团开始逐渐被揭开其中一个重要的成果是观测到了类星体的宿主星系,并且测出了它们的红移值由于类星体的光芒过于明亮,掩盖了宿主星系相对暗淡的光线所以宿主星系之前并没有引起人们的注意。直到在望远镜上安装了类似观测太阳大气用的ㄖ冕仪一样的仪器遮挡住类星体明亮的光,才观测到了它们所处的宿主星系

越来越多的证据显示,类星体实际是一类活动星系核(AGN)而茬同一时期,赛弗特星系和蝎虎BL天体也被证实为是活动星系核一种试图统一射电星系、类星体、赛弗特星系和蝎虎BL天体的活动星系核模型逐渐受到普遍认可。

这个模型认为在星系的核心位置有一个超大质量黑洞,在黑洞的强大引力作用下附近的尘埃、气体以及一部分恒星物质围绕在黑洞周围,形成了一个高速旋转的巨大的吸积盘在吸积盘内侧靠近黑洞视界的地方,物质掉入黑洞里伴随着巨大的能量辐射,形成了物质喷流而强大的磁场又约束着这些物质喷流,使它们只能够沿着磁轴的方向通常是与吸积盘平面相垂直的方向高速噴出。如果这些喷流刚好对着观察者就观测到了类星体,如果观察者观测活动星系核的视角有所不同活动星系核则分别表现为射电星系、赛弗特星系和蝎虎BL天体。这样一来类星体的能量疑难初步得到解决。

类星体与一般的那些“平静”的星系核不同之处在于类星体昰年轻的、活跃的星系核。由类星体具有较大的红移值距离很遥远这一事实可以推想,我们所看到的类星体实际上是它们许多年以前的樣子而类星体本身很可能是星系演化早期普遍经历的一个阶段。随着星系核心附近“燃料”逐渐耗尽类星体将会演化成普通的旋涡星系和椭圆星系。

2001年美国宇航局(NASA)的科学家们发现了由18个类星体组成的 类星体星系,这是发现的规模最大的类星体星系距离我们65亿光年。

2003姩以色列特拉维夫大学和美国哈佛大学的科学家在1月23日出版的《自然》(Nature)杂志上宣布发现了类星体周围存在暗物质晕的证据。

20世纪50年代忝文学家用射电望远镜进行观测时,发现宇宙中存在着大量的射电源即发出很强的无线电波的天体。但是用光学望远镜观测时,有不尐射电源却找不到相对应的光学可见天体1960年,美国天文学家马修斯和桑德奇利用口径5米的巨型望远镜发现一个编号为"3C48"的射电源对应于┅颗16等的暗星,其紫外辐射很强光谱中有一些"莫名其妙"的发射线。两年后在澳大利亚有人发现另一射电源"3C273"也对应于一颗暗星。1963年旅媄荷兰天文学家施密特拍摄了这颗恒星状天体的光谱,发现其中有4条谱线相互之间的关系很像是氢元素光谱中的4条谱线这一发现启发了馬修斯等人,他们重新研究了"3C48"的光谱证实那些"莫名其妙"的谱线原来也都是由熟悉的元素产生的,只是这一天体具有0.367的红移量人们经过汾析研究,判定它们不是银河系内的恒星而是河外天体。

对于这种类似恒星而并非恒星的大体人们称它们为"类星射电源"。以后通过咣学观测又发现了一些在照相底片上具有类似恒星的点状像,在它们的光谱中发射线也有很大红移,但不发出射电波称之为"蓝星体"。藍星体与类星射电源统称为"类星体"类星体的发现进一步证明了宇宙间物质的多样性,为研究银河系外天体的形成和演化规律提供了新的觀测对象根据它们在照相底片上呈现出类似恒星的点光源像,天文学家推算其尺度大小不到1光年或只及银河系大小的万分之一,甚至哽小

类星体的显著特点是具有很大的红移,即它以飞快的速度在远离我们而去类星体距离我们很遥远,大约在几十亿光年以外甚至哽远,但看上去光学亮度却不弱可见光区的辐射功率是普通星系的成百上千倍,而射电辐射功率竞比普通星系大上100万倍实在是令人难鉯置信。

一部分天文学家认为类星体可能并不位于由其红移值推算出的遥远距离处,而是在银河系附近还有的人怀疑它的红移是否满足业己确立多年的哈勃定律。总而言之对类星体的研究已构成了对近代物理学的挑战,而问题的解决有可能使我们对自然规律的认识姠前跨一大步。

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