星系“变脸” 人类也许见证了类星体的诞生

科普小知识2022-01-19 03:09:46

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天文学家发现，在每个星系的中心通常有一个超大质量的黑洞。宇宙中是否有一个以星系为中心的黑洞，它将周围的物质聚集成星系，或者是否有一个星系孕育了一个中心黑洞？这个问题就像“鸡生蛋还是蛋生鸡”。到目前为止，还没有最终的结论。然而，人们普遍认为星系中心的黑洞对星系有很大的影响。一旦黑洞“搅动”，星系将“变脸”

最近，研究人员观察到六个相对安静的星系突然变得活跃起来。它们的*黑洞疯狂地“吞噬”，*区域的亮度由弱变强。在浩瀚的宇宙中，这群原本“小透明”的星体变成了引人注目、闪闪发光的类星体，伴随着愤怒和存在的浪潮。研究人员观察这一变化过程已经有几个月了，但是面对一个恒星系数为10亿年的一生，它可以被描述为“瞬间变脸”。更重要的是，天文学界以前几乎从未观察到星系的亮度增强。研究结果最近发表在《天体物理学杂志》上。

黑洞“饥饿”星系“温和”

一些学者计算出宇宙中至少有2万亿个星系。这些星系的形状、大小和亮度各不相同。即使使用人类最先进的望远镜，也无法找到恒星暗淡的普通星系。还有群星闪耀的活跃星系，它们的光甚至可以在100亿光年之外被捕捉到。

能够看到一个普通星系的原因主要是因为大量恒星发出的光。活跃星系令人眼花缭乱的原因是它的核心发出最亮的光。在星系的核心区域，超大质量黑洞贪婪地吞噬附近的气体和尘埃，并发出稳定的亮光。相比之下，活跃星系中的恒星发出的光只是萤火虫的光，远低于*黑洞“膨胀”时太阳和月亮的亮度。正是因为两者亮度的显著差异，当我们在地球上观察时，只能在遥远的星空中看到一个亮点。这就是活动星系核，天文学家也称之为类星体，因为它看起来和附近的恒星非常相似。

在普通星系和活跃星系之间，还有第三种类型的星系，低电离辐射区(LINER)，这是这次“变脸”事件的主要特征。

"线性星系是在核心区域有低电离辐射线的星系，在光谱中有特定的范围。"中国科学院国家天文台研究员陆友军在接受《科学技术日报》采访时表示，普通星系的主要辐射源来自恒星，在它们的核心区域无法捕捉到发射线。活跃星系的主要辐射源是核心区黑洞活动产生的高电离辐射线。然而，LINER星系的主要辐射源一直存在争议。一些人认为这是来自星系中心黑洞的光，而另一些人认为星系中许多恒星发出的光更强。

“一般来说，普通星系中心的黑洞处于静止状态。基本上，它不吃东西，自然也不发光，就像我们银河系中心的黑洞相对安静一样。活跃星系中心的黑洞正在吃晚餐，吃着它并发出强烈而明亮的光。LINER星系中心的黑洞处于“快餐”状态，断断续续地吃一些，但吃得少，发出的光相对较弱。中国科学院国家天文台的研究员金赤川告诉《每日科学》说，线性星系核心区域的活动既不非常安静，也不太躁动。这是一个相对“温和”的星系。

“后来，一些学者认为LINER星系的核心区域也可能是一个恒星暴增区，有大量恒星形成。如果这些恒星质量很大，它们还会发射紫外线光子，电离周围的云和气体，并释放低电离发射线。”卢友军说道。

过去是“结束”，这次是“新生活”

“过去，很少观察到星系的‘变脸’，大部分明亮的类星体变暗，这通常代表类星体的‘终结’。”卢友军说道。

自从第一个类星体被发现以来，已经过去了将近60年。在此期间，超过500，000个类星体被发现，其中只有少数能够“变脸”在观察过程中，这些“变脸”类星体的高电离发射线将在几年内消失。

“这次观测到的6个星系的亮度在几个月内增加了好几倍，从低电离LINER星系变成了高电离类星体，这更像是类星体的诞生。”陆友军说，“我们以前几乎从来没有观察过它。”

是什么导致了这种转变？在陆友军看来，如果星系核心是一个爆发区，那么爆发区的“*”似乎不太可能引发“变脸”活动。因为恒星的形成需要很长时间，目前人类几乎不可能观察到这一变化过程。

因此，最可能的原因是银河系中心的黑洞突然增加了它周围的物质数量，导致它的电离光变得更强。然而，是什么导致了“温和”黑洞的“骚动”？

研究人员首先想到的是潮汐崩塌。如果黑洞的领域侵入恒星，只要它足够近，黑洞产生的潮汐力可能撕裂恒星，一些恒星碎片会高速分裂并开始落入黑洞。在这个过程中，会出现不同的发射线信号，导致亮度瞬间增加，然后亮度按照一定的时间规律衰减。然而，研究人员在进一步的观察中发现，它的衰减规律并不符合潮汐塌陷事件，这一假设也被拒绝。

“如果气体云移动到黑洞的外围并被黑洞吞没，它也会在短时间内引起亮度增加。它的相关规律不同于潮汐崩塌事件的相关规律卢友军表示，从目前的研究来看，气体云“侵入”黑洞的猜想可能更接近真实答案。

挑战旧理论探索新思路

“理论上，类星体至少需要几千年才能形成，但这一观察表明它们可能形成得非常快，所以以前的理论可能是错误的。”文章的第一作者，美国马里兰大学天文系的研究员弗雷德里克说。

"这一发现挑战了最初的类星体理论."陆友军说，我们过去观察到的大量类星体已经稳定地释放了光，就像人在壮年时精力充沛一样。只有少数类星体逐渐消失，就好像它们进入了老年。这个比例让我们认为类星体有很长的寿命。然而，这一发现可能是窥探传统类星体长寿常识的一个支点——类星体可能没有我们想象的那样长寿。

在陆友军看来，如果类星体的真实生命周期相对缩短，那么将来可能会观察到越来越多的类星体诞生过程。至于为什么以前很少观察到，可能是因为技术的支持改变了人们的想法。

“过去，人们想看得更远更广，以便绘制‘星图’。如今，人们的观察方法越来越先进。在越看越广的基础上，人们想更多地了解身体是什么，它有什么特征以及它是如何变化的。因此，同一天的区域将被频繁观察，发现天体变脸的概率自然会增加。”卢友军说道。

“这六个变化如此突然和戏剧性，它们告诉我们在这些星系中发生了完全不同的事情。我们想知道这么多气体和尘埃是如何突然开始落入黑洞的。”弗雷德里克说。

"这一发现对黑洞吸积的传统理论模型提出了巨大的挑战."金赤川说道。黑洞辐射的变化时间与黑洞的质量正相关。可以理解的是，十个有太阳质量的黑洞可以在一天内通过吸积物质经历突然的亮度变化。然而，如果重达数千万甚至数亿太阳质量的超大质量黑洞的亮度突然变得活跃起来，在以前的认知中至少需要数万年，毕竟，要让这样的“胖子”活跃起来需要更多的时间和精力。

然而，真相就在眼前。这种“变脸”的奥秘正在等待更多的研究来揭示。