星系和类星体

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星系和类星体
星系的碰撞
有许多射电源看来与银河系内的天体无关。但是,如果微波来自其他星系,那么要使这些微波到达地球而仍能被我们探测到,这些星系输出的微波就必须运较我们银河系发出的多得多。尽管如此,人们仍认为这是完全可能的,并早在 1950 年就开始提出“射电星系”这个概念了,它包括发出巨额微波的所有星系。
这里,第一个真正的突破与强射电源“天鹅座 A” 有关。美国天文学家巴德用 1948 年在加利福尼亚州帕洛马山天文台落成的口径 200 英寸(约 5 米)的望远镜见研究这个区域,发现一个形状奇特的星系,它距离我们远达 7 亿光年。更精细的研究表明,它是彼此十分靠近的两个星系,它们似乎正在碰撞。这并不会使两个星系中的恒星彼此相撞(因为恒星彼此间是相距很远的),但是一个星系中大量的尘埃云可以穿过另一个星系中同样大量的尘埃云。
这种碰撞遍及成千上万光年的巨大范围,它将发出比一个普通星系多 100 万倍的微波,以至于天鹅座 A 虽然离我们那么远,但还是很容易就被我们探测到了。于是天文学家们开始搜索天空中的“特殊星系”了,这些星系异样的形状或结构可能标志着某种不寻常的事件。结果发现确实有不少射电星系相当特殊。例如,星系 NGC5128 看起来像一个明亮的圆,有一条又依又暗的尘埃带撞到了它的中部。这很像是一个旋涡星系切入了一个椭圆星系。会不会是那个旋涡星系以侧边朝着我们,使我们只能看出它边缘上陪黑的尘埃带呢?
爆发的星系
但是星系的碰撞毕竟不会那么频繁;在许多情况下,即使是星系碰撞产生的能量也还是不够多;再说,某些星系即使孤身独处也还是发射出极其大量的微波。这促使天文学家们开始研究一个星系由于内部原因而变成强射电源的方式。
一个星系,或者它的一部分可能会爆发。试想,一次超新星爆发就会发出大量的微波辐射,更何况一个星系呢!也许,爆发发生于星系的核心,然后往外发展,使气体扩展到星系的大部分地方,有如一个超巨型的蟹状星云。有时爆发会猛推出一股物质,成为一道明亮的“喷流”,星系 M87 就是如此。
前面提到的星系 NGC5128(它有一个中央尘埃带)有 4 个区域成为强射电源。特别强的两个出现在中心尘埃带的两侧,较弱的一对往外伸展得更远,它们一边一个,已全然处于该星系以外。如果这标志着一次爆发的话,那么这条将星系平分为二的尘埃带会不会是星系内部一场巨大爆发的产物呢?
天文学家们当然想找到用普通光就能看见的爆发证据,而不只是由微波来判断。1961 年,美国天文学家林兹发现射电源 3C231 的位置与星系 M82 相吻合。早年的照片已经显示出它的尘埃特别多,并且在其主体上方和下方都有一些微弱的气体或尘埃纤维。美国天文学家桑德奇使用帕格马山的 5 米望远镜,并配上一种特制的红色滤光器(以便让热氢产生的特种光通过),拍摄并分析了 M82 的高分辨率照片。他断定,如果该星系中心正在发生抛掷事件的话,那么被抛出的物质必定主要是氢。照片上显示出一些从星系核发出的长达 1000 光年的气体气喷流。喷出的氢至少相当于 500 万颗普通恒星。可以推算出这场爆发已经持续了 150 万年。然而它仍然处于早期阶段,因为该射电源仍集中在星系的中心。
有什么东西能造成这样的爆发星系呢?
也许,一次星系像发是许多超新星接连不断地爆发构成的?不过在许多情况下,超新拉很难提供一个爆发星系所发出的全部能量。有些天文学家认为,如果有足够大的质量在向内坍缩,那么就可以提供一个爆发星系所需要的全部能量。可以设想一个星系中心的恒星非常密集,引力使它们渐渐靠拢;它们靠得越近,引力效应就越强,靠拢得也就更快。最后,那些恒星都猛冲到一起,粉碎而聚集成一个巨大的黑洞。按照这种“爆聚”图景,只需要 1 亿颗恒星就足够供应像天鹅座 A 这样强大的射电源发出的全部能量了。
类星体之谜
1960 年,桑德奇首次证认出,有一个射电源不在像蟹状星云那样一团剧烈动荡的气体内,它不像 M82 那样的遥远的爆发星系,而像一颗普通的恒星。它仿佛是真正的“射电星”的第一例。
然而,进一步的研究表明,这类射电源尽管貌似恒星,却毕竟不是真正的恒星。于是天文学家便称它们为“类星体”。令人吃惊的是,类星体的光谱线门 p 是一些明亮的发射线)非常奇特。有 3 年之久,任何人都无法识别它们。直到 1963 年,美国天文学家施米特终于认定,类星体 3C273 光谱中的 4 条亮线假如是在紫外区而不是位于可见光区,那么它们就会是红线。现在它们既然出现在可见光区,那必定是巨大的红移把它们推到了目前所处的位置上。而且,只要承认存在这样的红移,光谱中其他所有的谱线也就都可以证认了。
施米特是正确的。迄今已发现的上万个类星体绝大部分都呈现出巨大的红移。因此,它们必定是以创纪录的速度在退行着。有些类星体的退行速度高达光速的 90%以上。按照哈勃定律,一个天体退行得越快,它一定就越遥远。由于类星体离我们远去的速度比其他任何已知的天体都快,所以它们必定也比其他任何已知的天体都远——有的类星体几乎远得快到可观测宇宙的边缘了。
类星体如此遥远,居然还能被我们用巨大的望远镜看见,足见它们一定是极其明亮的——可以有成百上千个普通星系那么亮。然而,它们却是很小的,某些类星体发出的光和微波的闪烁变化可以证实这一点。在由许多变化着的恒星组成的普通星系中,有些恒星会变暗,同时另一些恒星会变亮,平均来看却是老样子,但是比普通星系亮得多的类星体却仿佛整个儿地发生着瞬息间的明暗变化。由此,以及根据许多其他理由,可以推断一个像类星体那样迅速闪烁的天体的跨度不会超过 1 光年。可是,这么小的天体怎么能比我们这个跨度达 85000 光年的银河系还亮呢?
于是,有些天文学家猜想:类星体也许并不那么遥远吧?它们很近,看上去当然就比较亮。而只要它们未必真的亮得出奇,那么尺度很小也就不足为奇了。然而,要是这样的话,为什么它们又全都具有如此巨大的红移呢?
这个类星体“红移之谜”至今尚未完全解开。类星体和脉冲星、星际有机分子、微波背景辐射
并称为 20 世纪 60 年代射电天文学的四大发现。微波背景辐射的发现,也像其他几项发一样,有着许多动人的故事。简单说来,它是这样的——大爆炸宇宙学说有一项推论,那就是大爆炸必定使宇宙充满了极强的高能辐射。但是,随着宇宙的不断膨胀,这种辐射已经大大冷却了。如今它的温度已降到一 270℃以下,能量也转化到了微波波段。1965 年,美国科学家彭齐亚斯和威尔逊果然探测到一种从四面八方来自太空的“微波背景辐射”,它恰好与大爆炸理论预期的状况相符。科学家们断定,它正是 100 多亿年前那次无与伦比的爆炸留下的遥远而微弱的余音。
微波背景辐射的发现,是对大爆炸理论的有力支持。彭齐亚斯和威尔逊两人也因此荣获了 1978 年的诺贝尔物理学奖。在瑞典皇家科学院向他们颁奖时,主持人指出:“这是一项带有根本意义的发现,它使我们能够获得很久很久以前,在宇宙开创时期所发生的宇宙过程的信息。”
结束语
人类在数千年间,凭借宇宙间最奇妙、最强有力的仪器——人类自身的大脑,对宇宙有了非常深刻的了解。我们生活在小小的地球上,看见了远在 100 亿光年——也就是 1000000000000000000000 千米以外的天体,人类的目光似乎已在向可观测宇宙的尽头逼近。
然而,我们千万不要以为事情就到此为止了。天文学正在起来越迅速地向前发展。例如,自从 1957 年第一颗人造卫星上天以来的 40 年中,人们学到的天文学知识要比先前整个人类有史以来所积累的全部东西还多。那么,在往后的 40 年中,等待着我们的又将是些什么呢?如果说过去这 40 年曾经是那么激动人心的话,那么在我们前面又该有多少更加激动人心的事情啊!

来自奇点天文网

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