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星系“变脸” 人类也许见证了类星体的诞生

2019-10-08 科技日报 于紫月
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  天文学家发现,每个星系中心往往会存在一个超大质量黑?#30784;?#31350;竟宇宙中是先有星系中心黑洞再吸积周围物质形成星系,还是先有星系再孕育中心黑洞?#31354;?#20010;问题就像“鸡生蛋还是蛋生鸡”一样,至今?#24418;?#26377;定论。但公?#31995;?#19968;点是,星系中心黑洞对星系的影响很大,一旦黑?#30784;?#36481;动?#20445;?#26143;系也会“变脸”。

  近日,研究人员观察到6个相?#22253;?#38745;的星系突然变得活跃起来,它们的中心黑洞疯狂“吞?#22330;保?#20013;心区域亮度由弱变强。浩瀚宇宙中,这群原本的“小透明”摇身一变,成了惹人注目、熠熠生辉的类星体,怒刷一波存在?#23567;?#30740;究人员观测到这一变化过程历时几个月,但在星系数十亿年的寿命面前,可谓是?#20843;?#38388;变脸”。更重要的是,天文学界此前几乎没有观测到过亮度增强的星系“变脸”事件。该研究成果近日发表在《天体物理学杂志》上。

  黑?#30784;?#26377;点饿” 星系“很温和”

  有学者曾计算过,宇宙至少有2万亿个星系。这些星系形状各异,大小和亮度也不尽相同。有星光黯淡的普通星系,即便采用人类最先进的望?#27602;?#37117;搜索不到它的身影;也有星芒四射的活动星系,即便是在100亿光年之外,其光芒也能被我们捕捉到。

  一个普通的星系之所以能被我们看到,主要是因为其中的大量恒星发出的光。而一个活动星系之所以耀眼,皆源于它的核心发出了最亮的光。在一个星系的核心区域中,超大质量黑洞在贪婪地吞?#31579;?#36817;的气体和尘埃,并发出稳定的明亮光线。相比而言,活动星系中的恒星发出的光亮只是萤火之光,远比不上中心黑?#30784;?#21534;吐”的日月之辉。正是因为二者亮度的显著差异,我们在地球上观测时,只能看到非常遥远的星空中有个明亮的点,那正是活动星系核,由于它看起来与近处的恒星无甚差别,天文学家也称之为类星体。

  在普通星系和活动星系之间,还存在着第三类星系——低电离核发射线区(LINER)星系,它正是此次“变脸”事件的主角。

  “LINER星系是指在核心区域出?#20540;?#30005;离发射线的星系,这?#22336;?#23556;线在光谱中有特定的范围。”中科院国家天文台研究员?#25509;?#20426;在?#37038;?#31185;技日报记者采访时表示,普通星系主要辐射源来?#38498;?#26143;,其核心区域捕捉不到发射线;活动星系主要辐射源为核心区域黑洞活动产生的高电离发射线;而LINER星系的主要辐射源一直存有争议,有人认为是星系中心黑洞的光,也有人认为其星系内部众多恒星所发出的光更强烈一些。

  “通俗来讲,普通星系的中心黑?#21019;?#20110;休息的状态,基?#26087;?#19981;怎么?#36828;?#35199;,自然也不怎么发光,就像我们银河系中心的黑洞一样相?#22253;?#38745;;活动星系的中心黑洞则在吃正餐,大快朵颐,吐出的光强烈明亮;而LINER星系中心黑洞则处于‘吃零?#22330;?#30340;状态,断断续续吃一些,但吃得少,吐的光也相对微弱些。”中科院国家天文台研究员金驰川告诉科技日报记者,LINER星系核心区域的活动既不算很安静,也不是太躁动,是一类相对“温和”的星系。

  “后来有学者提出,LINER星系核心区也可能是一片星暴区,有大量恒星形成,如果这些恒星的质量很大,也会发射紫外线光子,将周围的云团、气体电离,释放出低电离发射线。”?#25509;?#20426;说。

  以往是“?#25112;帷?这次是“新生”

  “以前,星系‘变脸’很少被观测到,而且多是明亮的类星体黯淡下来,这往往代表着类星体的‘?#25112;帷!甭接?#20426;说。

  从第一颗类星体被发现至今,已近60年。这期间,人们发现了超过50万个类星体,能“变脸”的仅?#25216;?#23569;数。在人们观测的过程中,这些“变脸”类星体的高电离发射线会在几年的时间内消失。

  “此次观测到的6个星系其亮度在几个月内增加了?#21103;叮?#30001;低电离的LINER星系转变为高电离的类星体,这更像是类星体的诞生。”?#25509;?#20426;说,“我们以前几乎从未观测到过。”

  是什?#21019;?#29983;了这场蜕变?在?#25509;?#20426;看来,星系核心如果是星暴区,星暴区“暴动”引发这次“变脸?#34987;?#21160;?#33756;?#19981;太可能。因为恒星的形成所需的时间很长,这种变化过程目前人类几乎不可能观测到。

  因此,最有可能的原因是星系中心的黑洞,吸积周围物质的量突然增大,导致其电离的光也开始变?#31185;?#26469;。可是,又是什么原因让原本“温和”的黑?#30784;?#36481;动”起来的呢?

  研究人员?#32043;认?#21040;的是潮汐瓦解事件。如果黑洞的领地闯入一颗恒星,只要在足够近的距离,黑洞产生的潮汐力就有可能撕裂这颗恒星,一些恒星碎片会被高速分裂并开始落入黑洞中,在这个过程中就会导致不同发射线信号的出现,瞬间造成亮度增量,随后亮?#28982;?#25353;照一定的时间规律衰减。但研究人员在进一步观测中发现,其衰减规律与潮汐瓦解事件并不吻合,这种假设也被否定了。

  “如果是气体云团运动?#33014;?#27934;周边,被黑洞吞噬,也可以在短时间内引起亮度增加,它的相关规律与潮汐瓦解事件有所不同。”?#25509;?#20426;表示,从目前的研究来看,气体云团“侵扰”黑洞这?#26893;?#24819;或许更接近于真实答案。

  挑战旧理论 ?#25945;中?#24605;路

  “理论上,类星体的形成需要至少数千年的时间,但此次观察结果表明,它的形成可能非常快,因此以往的理论可能是错误的。?#22791;?#25991;章第一作者、美国马里?#21363;?#23398;天文系研究人?#22791;?#38647;德里克说。

  “这一发现对原有的类星体相关理论提出了挑战。”?#25509;?#20426;表示,以往我们观察到的大量类星体,它们稳定地释放光芒,就像人在青壮年时期,精力旺盛。其中仅有极少数类星体逐渐黯淡,?#36335;?#27493;入了老年时期。这种占?#28909;?#25105;们以为,类星体的寿命是极其漫长的。而此次发现或许是撬动传统类星体长寿命通识的一个支点——类星体或许并非像我们原本以为的那样长寿。

  在?#25509;?#20426;看来,如果类星体的真实生命周期相对缩短,那么,?#38498;?#20063;许会观测到越来越多的类星体诞生过程。至于此前为何几乎没有观测到,大抵是由于技术的支持让人们的理念发生了转变。

  “以前,人们希望看得更?#19969;?#26356;广,以便构建‘星际地图’。如今,人们的观测手段越来越先进,在看得更?#19969;?#26356;广的基础上,人们更想弄清楚某一天体究竟是什么,?#24515;?#20123;特征,如何变化。因此会频繁地观测同一天区,发现天体‘变脸’的概率自然就会有所增加。”?#25509;?#20426;说。

  “这六次转变是如此突然和戏剧性,它告诉我们在这些星系中发生了一些完全不同的事情。我们想知道,如此大量的气体和尘埃是如何突然开?#30002;?#20837;黑洞的。?#22791;?#38647;德里克说。

  “这次发现?#28304;?#32479;黑?#27425;?#31215;理论模型提出了巨大挑战。”金驰川说。黑洞辐射的变化时间与黑洞的质量?#25910;?#30456;关,十个太阳质量大小的黑洞在1天内就能够通过吸积物质发生亮度骤变,这是可以理解的。但是,如果是重达千万甚至上亿个太阳质量的超大质量黑洞亮度突然活跃起来,在以往的?#29616;?#20013;,这至少需要数万年的时间,毕竟让这种?#25353;?#32982;子?#34987;?#21160;起来更费时费力。

  然而?#29575;?#23601;在眼前。这次“变脸”?#29486;?#20986;的谜团,等待着更多的研究去揭示。

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  星暴星系?#27721;?#26143;快速生产车间

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打印 责任编辑:侯茜
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