探尋類星體快速“熄滅”的秘密

　　抬頭仰望夜空，穹頂寂靜無聲，天幕繁星點點，這一切總會勾起我們無限的遐想。宇宙中有一類致密的發光天體叫類星體。在一般的地面望遠鏡看來，它們像恒星一樣，但釋放的能量卻是星系的千倍以上。

　　一直以來，天文學家認為類星體會在數百萬年內保持活躍狀態，放出耀眼的光芒，然后花費上萬年的時間歸于平靜。但2014年，美國天文學家斯坦芬尼·拉瑪薩發現一顆類星體，它們僅花費數年便從活躍變為寧靜。近日，斯隆數字巡天項目公布了它的第五期觀測計劃。揭開這類類星體的神秘面紗，是它的目標之一。

　　巨大能量來自黑洞吸積

　　恒星的高能輻射來自其內部的熱核反應。類星體的能量從何而來？如果也是來自熱核反應，那么一個中等光度的類星體一年就要消耗近一個太陽質量的核燃料，可天文觀測并沒有找到這樣的證據。

　　天文學家想到了黑洞吸積。觀測表明大質量星系的中心普遍存在一顆超大質量黑洞。它們大部分時候處在比較寧靜的狀態，但當吸積周圍物質的時候，會在周圍形成一個吸積盤，并釋放出電磁輻射。此時星系的中心猶如一個明亮的核，被稱為活動星系核。當星系離我們比較遠，黑洞活動又很劇烈的時候，星系里恒星的光完全被活動星系核的光淹沒了，從地面上看起來這類天體如同一顆恒星，這就是類星體這個說法的來由。

　　基于觀測事實，天文學家提出了活動星系核的統一模型，認為活動星系核基本結構從內往外可以分為黑洞、吸積盤、寬線發射區、塵埃環以及大尺度上的窄線發射區，有少部分活動星系核還有從中心出來的噴流。

　　根據引力理論，任何有質量的物體都能被壓縮成黑洞，比如把地球壓縮到1厘米，就是一個迷你黑洞。如果把它放到操場中心，當做星系中央的黑洞，那么吸積盤延伸出去的尺度差不多是1米，幾乎所有的高能輻射來自這里；寬線發射區比吸積盤大2—3個量級，接近一個大學校園的尺度；而塵埃環的尺度則快超過一個城市的尺度了；窄線發射區和噴流的尺度可以比塵埃環的大1—4個量級，這樣算來類星體的主體差不多可以達到幾百公里到上千公里，而噴流可延伸至百萬公里，這個距離已經超過地球到月亮的距離了。

　　快速“熄滅”緣自黑洞“食量”變化

　　與類星體的主體相比，超大質量黑洞的尺度微乎其微。它是如何對廣袤的星系施加影響的？天文學家通常認為黑洞和其宿主星系之間很可能存在共同演化。類星體往往會在上百萬年的時間內處于活躍狀態，不斷吸積周圍的物質發出高能輻射，一部分能量會以外流或噴流形式反饋到星系中，影響星系中的恒星形成活動，然后再花數萬年的時間歸于平靜。類星體活躍的時間相對于整個星系動輒幾十億年的演化時標來說很是短暫，但其活躍期間放出能量比普通星系一生放出的還要多。有理由相信它們對星系的形成演化起著至關重要的作用。

　　近兩年科學家發現個別類星體能在短短幾年內“熄滅”，這類類星體被稱作類型轉變的類星體。觀測上類星體可以分成兩類，一類光譜同時有寬和窄發射線；一類光譜中只有窄發射線。快速歸于平靜的類星體，正是因為其類型發生了轉變。

　　統一模型認為不同類型的類星體只是由于它們相對觀測者的角度不同，本質上是同一事物，因此類型并不會變化。類型轉變類星體的發現，對這一觀點發出了挑戰。

　　對類型轉變的類星體，科學家主要有兩種解釋，一種認為類型的轉變是由于塵埃云團在視線方向的遮蔽，另一種認為是由于中央黑洞吸積能力的劇烈變化。

　　類型轉變類星體吸引了天文學家的興趣。從2014年以來，有20多顆類型轉變類星體被發現。筆者對其中的10顆進行了研究，發現在類型轉變的過程中，它們發出的光學輻射先發生變化，隨后其紅外輻射也會發生變化，而且變化幅度顯著。這些現象無法用塵埃遮蔽來解釋，只能歸結于通過吸積盤流入黑洞的物質的量發生了變化。

　　進一步研究類星體熄滅機制，對于弄清黑洞吸積物理過程，揭示黑洞與星系共同演化至關重要。

　　我們就在類星體中？

　　類星體離我們很遙遠。目前觀測到離我們最遠的類星體,其紅移超過了7。這意味著，我們看到的，其實是宇宙剛誕生不久時類星體發出的光。通過研究宇宙不同時期的類星體，有助于我們了解宇宙的大尺度的結構和演化。

　　類星體作為宇宙中一類神奇的天體，自發現以來已經過了半個多世紀，至今仍有諸多奧秘等待著人們去發掘。不妨再遐想一下，按照目前的認知，如果將宇宙作為一個整體，其密度已經超過了成為黑洞的條件。那么我們的宇宙本身會不會就是一個黑洞？我們也許都處在這個大“怪獸”的肚子里，甚至有可能宇宙的外面就是個類星體？