星系的奥秘就写在类星体里

2020年,位于美国夏威夷的双子星北座望远镜记录了迄今为止最强大的星体爆炸活动,这股爆炸来自于一颗类星体。科学家对此非常激动,因为这或许能解释一些宇宙问题。

黑洞存在的进一步证据

类星体是指照片影像类似于恒星、释放的能量是星系的千倍以上的银河系外星体。尽管类星体在20世纪60年代就被科学家发现了,但是我们依然对它所知较少。

类星体的中心是质量至少在太阳千万倍以上的超大质量黑洞,围绕着黑洞的是由被黑洞吸引的物质所组成的吸积盘。同时,在垂直于吸积盘平面的方向,有两股以接近光速向外喷射的喷射流,这两股喷射流叫做天体物理喷射。超大质量黑洞、吸积盘和天体物理喷射,这三个主要部分共同组成类星体。

2020年被发现的类星体的黑洞质量是太阳的86亿倍,相比之下,银河系中心的黑洞质量则只有太阳的410万倍。随后,由这颗类星体发出的天体物理喷射被双子星北座望远镜观测到,而这一颗类星体光爆炸活动的强度,是以往科学家观测到的其它类星体的13倍。这一次对来自于类星体活动的清晰记录,使科学家对黑洞有了进一步的认识。

如今星系间的氢气哪里来?

这一颗类星体活动也揭示了,为什么星系之间40%的可见物质是氢元素。早在2004年,科学家就已经发现了在星系之间存在庞大的氢气体云。当时,科学家认为那是星系形成后遗留下来的氢元素。但是,科学家如今有了新的看法:这些组成氢气云的氢元素就是来自于类星体的天体物理喷射。那么,天体物理喷射是怎么形成的?

黑洞周围存在着剧烈的磁场活动。一些气体物质能从黑洞的磁场中获得非常强大的能量,被加热,温度可达上百万摄氏度,发生爆炸并释放光子。生成的光子会撞击质量较轻的元素粒子,而元素粒子里,最轻的当属氢元素。有的人或许会有疑问了,光子的撞击力有那么大吗,以致于它足以把氢元素撞出星系?

光子撞击所产生的力是“光压”的一种。我们用手电筒照自己的时候,尽管我们感觉不到,但实际上,光子也对我们的皮肤表面产生了压力,而我们感觉不到的原因是因为手电筒照明光子的能量强度太低。如果来到外太空,由太阳带来的光压足以使太空探测器偏离预设轨道15000千米。来到太阳内部,也正是因为太阳内部的光子不断向外跑,撞击着表面物质,阻止了太阳因自身强大的引力而向内塌缩。

因此,类星体里的光压撞击力非常强大,足以将氢元素撞飞,向外喷射,从而形成壮观的喷射流——天体物理喷射就这样形成了。

最后,来到星系之间的氢元素又会因万有引力作用,聚集到一起,形成氢气云。

恒星的诞生越来越少

为什么自100亿年前超级星系形成之后,恒星的形成越来越少?通过对这颗新发现类星体的观测,天文学家找到了其可能的原因——可能是类星体的氢气风暴所造成的。

类星体除了中心的黑洞、天体物理喷射,还有一个吸积盘。吸积盘里有各种物质,其中就包括了大量氢气。这些吸积盘里的气体从黑洞极其强大的引力那里获取能量,然后被加热至上亿摄氏度,形成光爆炸。这股光爆炸会驱散位于吸积盘更外围的氢气,形成一股时速可达39000千米/秒(相当于光速的13%)的氢气风暴。这颗类星体的中心黑洞质量更大,以至于氢气风暴速度比哈勃太空望远镜观测到的更快。

类星体产生的氢气风暴会席卷整个星系。根据这次观测,氢气风暴足以冲散星系里其他部位的气体云,从而在较大程度上阻止了这些气体云里的恒星的诞生。

氢气风暴不只是阻止了恒星的形成,还延缓了星系的成长。由于氢气风暴不断驱散星系周围的气体云,使得星系难以靠吸引其他气体来促进自身的成长,所以,如今星系主要靠相互之间的吞噬来扩大自己的规模。两个星系合并之后,它们的中心黑洞又会合并成一颗更大的类星体,引发一轮更大的类星体活动,而合并之后的星系就更难成长了。因此,如今超大星系的数量并不多。

关于这一颗类星体的研究才刚刚开始,相信不远的将来,科学家还会有更多的发现。

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投稿时间:2022-08-04  最后更新:2022-09-04

标签:类星体   星系   光压   氢气   光子   天体   恒星   黑洞   奥秘   科学家   元素

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