耀變體,宇宙中比黑洞還暴躁的怪獸,“槍口”對準了地球

提起宇宙中的怪物,大家首先想到的,就是黑洞了。不過,對這個直徑達到942億光年的宇宙來説,如果只有黑洞這一種怪物,那就有點忒寒磣了。

今天,咱們要聊一聊比黑洞還恐怖的天體——耀變體。

耀變體,宇宙中比黑洞還暴躁的怪獸,“槍口”對準了地球

1929年,加拿大的大衞·鄧拉普天文台在宇宙深處發現了一個神秘的天體,它的亮度在不斷地變化。當時,人們以為這是一顆銀河系的變星,於是按照變星的命名法來給它命名。

後來,當射電望遠鏡越來越強大,科學家發現,它的變化和變星並不相同,而是類似於黑洞的相對論性噴流。而它的紅移值也告訴我們,它遠不是銀河系內的天體,而是距離我們近30億光年。於是,科學家單獨給它起了個名字——蠍虎座BL(BL Lacertae 或BL Lac)。隨着其他類似的天體被發現,科學家們將它們統一稱作蠍虎座BL型天體(BL Lacertae-type objects,簡稱BL Lac object或BL Lac)。1978年天文學家埃德·施皮格爾創造了一個詞語給他們分類——blazar,中文譯作耀變體。

耀變體,宇宙中比黑洞還暴躁的怪獸,“槍口”對準了地球

目前科學家認為,耀變體屬於活躍星系核的一種。活躍星系核又是啥呢?根據字面意思就能明白,這是一種非常活躍的星系核,雖然尺度通常只有1光年,但是其光度遠遠超過了自己所在的星系。包括蠍虎座BL型天體、類星體、西佛星系等在內的天體,都屬於活躍星系核。

而耀變體,是活躍星系核中比較特殊的一種,大致可以分為兩類——蠍虎座BL型天體和高變類星體(blazar的名字也是兩種天體英文名結合而成的),另外還有介於二者之間的過渡天體。至於蠍虎座BL型天體和高變類星體之間的區別,目前比較普遍的説法是,前者和較弱的電波星系有關,後者則是和較強的電波星系相關,它們在輻射量丰度上有一定的區別。

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本質上來説,這些活躍星系核,都是以中心的超大質量黑洞為主。如果你非要説活躍星系核,或者説耀變體的本質是黑洞,其實也有道理。當這些黑洞周圍的物質被吞噬的時候,會有能量以光子、電子、正電子等粒子的形式釋放出來,速度接近光速,而且非常劇烈。在黑洞強大的磁場和輻射風的作用下,這些能量基本被束縛起來,朝着單一的方向噴射到宇宙空間,這就是黑洞的相對論性噴流。

耀變體之所以特殊,就在於它們的相對論性噴流恰好指向或者基本上是指向地球的。因此,對於我們地球來説,屬於恰好面對着它們的“槍口”,所以顯得尤其明亮。

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自從確定了耀變體這個分類後,科學家們就一直在對它們進行不斷的觀測。

除了美國的哈勃太空望遠鏡兼職觀測之外,還有費米伽瑪射線太空望遠鏡(原名“伽馬射線廣域空間望遠鏡”Gamma-ray Large Area Space Telescope)做着相對專職的耀變體觀測任務。

2017年,NASA戈達德太空飛行中心的天文學家Roopesh Ojha宣佈,費米伽瑪射線太空望遠鏡兩年來對5個最原始的耀變體進行了深入觀測,其中最近的一個,距離我們也有119億光年。這些耀變體都極其恐怖,其中兩個的質量都至少在太陽的10億倍以上。它們每秒鐘釋放的能量,也達到了太陽的20000億倍!

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圖片説明:費米太空望遠鏡和耀變體假想圖

同時,為了更好地觀測耀變體,全世界的科學家聯合當地的望遠鏡,展開了更加宏大的觀測項目——VLBI。

VLBI全稱叫做甚長基線干涉測量(very long baseline interferometry),簡單説,就是利用不同區域的射電望遠鏡,在時間同步和相位同步的條件下觀測,這就相當於構建了一個口徑極大的虛擬望遠鏡。如果這些望遠鏡的分佈在世界的兩端,那麼就可以看作是一個口徑為地球直徑的超級望遠鏡。

沒錯,就類似於去年拍攝第一張黑洞照片的事件視界望遠鏡。

我國的上海天馬65米望遠鏡、雲南昆明40米望遠鏡、新疆烏魯木齊26米望遠鏡,均參與了歐洲VLBI網與東亞VLBI網的觀測。

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今年1月份,中科院上海天文台領銜的中外研究團隊在國際權威學術期刊《自然-通訊》上發表了研究論文,公佈了對耀變體J0906+6930繪製的高分辨率圖像。

J0906+6930最早於2004年被發現,距離我們有127億光年。那個時候,宇宙還很年輕,剛剛完成再電離(再電離的內容我們會在最近的【宇宙出生日記】欄目中介紹)。因此,J0906+6930很可能是宇宙中最早的一批超大質量黑洞。而在中科院上海天文台所擁有的耀變體樣本中,J0906+6930是最為明亮的一個,而且非常便於觀測。

2017年的時候,上海天馬65米望遠鏡等設備就對準了它,展開了觀測和研究。經過三年的研究,最終發表了上述論文。

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正是由於很多耀變體存在於宇宙的最深處,這也意味着它們是宇宙最古老的天體之一。對於一百多億年前宇宙發生了什麼非常好奇的科學家來説,這些遙遠的天體就是最好的見證者。同時,對於耀變體的研究,或許也可以幫助科學家進一步確定哈勃常數的範圍——這和宇宙的膨脹速度直接相關,後者暗示着宇宙未來的命運。

因此,耀變體對於科學家來説,具有極大的吸引力。也許,解開宇宙演化之謎的鑰匙,就藏在耀變體之中吧!

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