类星体到底是什么?它们是如何产生的?

至今为止科学家已经在宇宙中发现了超过100万个类星体,距离我们最近的类星体也足足有6亿光年【Markarian 231(UGC 8058)】,由此可见,类星体大多数都距离地球非常遥远。这类特殊天体的体型相对星系来说很小,但是却拥有着远超银河系的能量和光度,这就使得天文学家它们的形成非常感兴趣。

类星体到底是什么?它们是如何产生的?

那么类星体到底是什么呢?

根据其一系列的特征,科学家目前的共识是:类星体是星系核心超大质量黑洞

星系的核心都会有一颗超大质量黑洞,比如银河系的中心有一颗质量大约是太阳400万倍的大质量黑洞,但是我们的银河系却并不是类星体,显得很安静,包括绝大多数星系的核心超大质量黑洞,都不是类星体。

而且黑洞作为这个宇宙中引力最强的天体,连光线都无法逃脱它的引力,它又是如何变成这个宇宙中最明亮的天体呢?

类星体到底是什么?它们是如何产生的?

针对这些问题,我们就来一一做解答。

类星体距离我们非常遥远,最远的类星体距离我们超过130亿光年,而最近的距离我们也超过了6亿光年。目前科学家发现的大部分类星体都分布在100亿光年的遥远距离上。

这么远的距离,预示着大部分的类星体都是出现在宇宙早期。在那个时代,宇宙的环境和我们现在的宇宙是有很大不同的。最大的区别就是那个时候的物质密度比现在浓密很多。特别是早期诞生的星系,质量非常巨大,物质密度也很高,这些高密度的物质就为黑洞提供了源源不断的能量基础。

虽然黑洞的引力是无穷大的,但是这个无穷大只出现在黑洞视界范围内,而它的引力在视界范围以外只是慢慢变大的,而如果物质在黑洞视界范围外发光的话,这些光线是能够逃离黑洞引力的。

类星体到底是什么?它们是如何产生的?

那个时期星系核心的超大质量黑洞周围包裹着巨量的物质,这些物质在黑洞引力的吸引下,前赴后继的绕行、坠落。在这个过程中,物质之间被加速、相互摩擦,最终被黑洞吸收。在相互摩擦的过程中,物质会持续升温到一种恐怖的状态,这种状态下,连原子都无法稳定存在了,大量的物质被转化为能量辐射出去,而且这种辐射能量是全波段的,从X射线到远红外线都有,并在紫外光带中达到了能量峰值。

因为那个时候黑洞周围的物质是源源不断的,所以这就会造成黑洞周围持续性的辐射巨量能量,这在我们看来就是极为明亮的类星体。这些能量或裹挟着炙热的物质以喷流的形式被抛射到数百光年外。

根据科学家的预估,类星体能够将6%~32%的物质质量转化为纯能量,而太阳核心的核聚变反应只能将0.7%的质量转化为纯能量,可见类星体的转化效率多高、能量释放多狂暴。

类星体到底是什么?它们是如何产生的?

其实现在的一些恒星级小黑洞周围,也会有类似于类星体周围的这种物质,这就是黑洞吸积盘。比如一颗黑洞如果正在吞噬另外一颗恒星,也会形成类似的效果的,只是一个恒星的物质实在是无法满足黑洞的胃口,而且因为小黑洞的体型实在是小,对于物质的吞噬相对也温和很多,但即便是这样,黑洞吞噬恒星也会导致长时间伽马射线暴的产生,这些也可以算是一种微型类星体了。

类星体到底是什么?它们是如何产生的?

回到类星体上来,为什么距离我们地球很近的地方再也没有发现类星体呢?也就是类星体从我们现在的宇宙中“消失”。这当然是因为类星体的出现具有“不可持续性”,毕竟它的产生是建立在巨量物质基础上的。当超大质量黑洞将周围的物质都吞噬辐射掉以后,它就面临着无物质可用的境地。这个时候自然就会偃旗息鼓,就会变成个星系中心的普通超大质量黑洞。

也许,在遥远的过去,银河系核心的超大质量黑洞曾经也有过一段类星体的阶段。

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