類星體之爭

類星體是迄今為止人們發(fā)現(xiàn)的距離我們最遙遠(yuǎn)的、最明亮的天體。因其像恒星又不是恒星，所以獲得了“類星體”的名稱。這是20世紀(jì)60年代著名的天文學(xué)“四大發(fā)現(xiàn)”之一。到目前為止，人類已發(fā)現(xiàn)數(shù)千個(gè)類星體。從發(fā)現(xiàn)時(shí)起，它就籠罩上了一層層的神秘面紗。隨著近半個(gè)世紀(jì)來觀測資料的積累和研究工作的進(jìn)展，人們對它的探索雖說已經(jīng)取得了不少成績，然而迄今為止它的本質(zhì)仍是一個(gè)未解之謎。

1960年，美國天文學(xué)家馬修斯和桑德奇，用當(dāng)時(shí)世界上最高倍的天文望遠(yuǎn)鏡，觀察到了一個(gè)名叫3C48的射電源；但是隨后人們又發(fā)現(xiàn)，其實(shí)它不是一個(gè)射電星系，而是一顆顏色發(fā)藍(lán)的暗星。它的光譜中有一些又寬又亮的發(fā)射線，這些發(fā)射線在光譜中所處的位置很奇特，以至在長達(dá)3年之久的時(shí)間里，竟然無人能辨認(rèn)出。

1963年，另一位旅美荷蘭天文學(xué)家施密特，又發(fā)現(xiàn)了距離我們有23億光年并且與3C48相類似的天體3C273。施密特在對3C273的光譜進(jìn)行詳細(xì)研究分析后，發(fā)現(xiàn)它們不過是普通的氫光譜線；因而可以確定在這個(gè)天體上，并沒有什么地球人未知的新元素。

所不同的是，這些元素的譜線都向長波方向移動(dòng)了一段距離，天文學(xué)上把這種現(xiàn)象叫做“紅移”。當(dāng)一顆恒星背我們而去時(shí)，從地球上看，恒星的光波頻率會降低，波長會變長。這就是紅移現(xiàn)象。紅移值越大，則恒星離去速度越大，與我們距離越遠(yuǎn)。一般恒星發(fā)生這種紅移現(xiàn)象時(shí)，移動(dòng)的數(shù)量很小。可是這個(gè)星體的紅移量非常大，比一般恒星的紅移要大上幾百倍甚至上千倍。

這種新型的天體即使用最大的天文望遠(yuǎn)鏡觀測，絕大多數(shù)也僅僅呈現(xiàn)為恒星似的微小光點(diǎn)。根據(jù)美國天文學(xué)家哈勃在1929年總結(jié)出來的規(guī)律，紅移的大小同星系與我們的距離成正比，紅移越大，星系距離我們也就越遠(yuǎn)。這種巨大的紅移表明它們是極遙遠(yuǎn)的河外天體。按照哈勃定律，可以推測出這些天體遠(yuǎn)在幾十億光年甚至上百億光年以上。

當(dāng)初，天文學(xué)家們正是因其貌似恒星而實(shí)非恒星，便將它們命名為“類星體”——意即“類似恒星的天體”。不過，后來發(fā)現(xiàn)有些類星體的周圍有微弱的星云狀包層，同時(shí)有一些有噴流狀結(jié)構(gòu)，因此其外觀與恒星并不完全相似。所以嚴(yán)格說來，“類星體”這個(gè)名稱已經(jīng)算不上名副其實(shí)了。

如今，多數(shù)天文學(xué)家認(rèn)為，類星體乃是星系一級的天體，它們可能是某些活動(dòng)劇烈的星系核心部分。經(jīng)過科學(xué)家們的研究，類星體的發(fā)光能力極強(qiáng)，比普通星系要強(qiáng)上千百倍，例如3C273亮度為12.8星等，而太陽若放到其位置上，我們根本就觀測不到，因此類星體得到了“宇宙燈塔”的美名。更令人們非常吃驚的是，類星體的體積很小，直徑僅有普通星系的十萬分之一，甚至百萬分之一。

為什么在這樣小的體積內(nèi)會產(chǎn)生這么大的能量?這一問題使得科學(xué)家們興趣倍增而又大傷腦筋。起初人們難以對它的能量來源作出解釋，便將此稱為類星體的“能源困難”。近年來，種種假說接踵而來。有人認(rèn)為其能源來源于超新星的爆炸，并猜測其體內(nèi)每天都有超新星爆炸。還有人分析是由于正反物質(zhì)的湮沒。更有人推測類星體中心有一個(gè)巨大的黑洞，吸引并吞噬周圍的物質(zhì)，同時(shí)以輻射的形式釋放出巨額的能量，單單這一過程已足夠提供為解決“能源困難”所需的全部能量。當(dāng)然，要想撥開類星體的迷霧，還有待于科學(xué)家們辛勤探索。

另外，在類星體與我們之間的漫長距離上，存在著種種非常稀疏又非常暗弱的物質(zhì)，通常人們是無法觀測到它們；但是，這些暗物質(zhì)會吸收類星體的輻射，使類星體的光譜中出現(xiàn)各種附加的吸收線。研究這些吸收線，就可以反過來推知那些暗物質(zhì)的情況了。這也是人們對類星體極感興趣的又一個(gè)重要原因。

關(guān)于類星體，目前尚有許多爭論，焦點(diǎn)就在于其距離究竟是否那么遙遠(yuǎn)。測定類星體距離的依據(jù)正是它們的光譜線紅移。星系光譜線紅移的原因是它們都在有條不紊地彼此遠(yuǎn)離而去。換句話說，星系紅移的本原乃是光源運(yùn)動(dòng)造成的多普勒效應(yīng)。類星體既是恒星級天體，人們便猜想哈勃定律同樣也適用于它。于是，只要測出類星體光譜線的紅移量，就可以推算出它們的距離。然而問題在于：類星體的紅移量異常之大，如果用多普勒效應(yīng)來解釋，則絕大多數(shù)類星體必定正在以每秒幾萬公里、十幾萬公里，甚至以接近光速的巨大速度退離我們而去。根據(jù)哈勃定律算出這類類星體與我們的距離遠(yuǎn)達(dá)數(shù)十億乃至上百億光年。正是由于類星體既如此遙遠(yuǎn)又顯得相當(dāng)明亮。才導(dǎo)致了其產(chǎn)能率高得令人吃驚的“能源困難”。這時(shí)，有人便轉(zhuǎn)而懷疑：類星體是否果真如此遙遠(yuǎn)?用多普勒效應(yīng)來解釋類星體的紅移是否合理?就這樣，“類星體紅移本原”便成了當(dāng)代天文學(xué)中的一大疑惑。

在探求類星體紅移本原時(shí)，天文學(xué)家有不同的意見，于是出現(xiàn)不少說法，如“宇宙學(xué)紅移”、“非宇宙學(xué)紅移”、“速度紅移”等等。遵循完全不同的思路，還先后有人用“光子老化”、“基本物理常數(shù)的變化”等越出傳統(tǒng)物理學(xué)框架的大膽假說，來解釋河外天體紅移的本原。但是它們迄今尚未得到任何物理實(shí)驗(yàn)和天文觀測事實(shí)的支持。

總的說來，在現(xiàn)階段，絕大多數(shù)天文學(xué)家認(rèn)為類星體紅移具有宇宙學(xué)本質(zhì)。例如，按照一定的標(biāo)準(zhǔn)將類星體分類，將某一類類星體當(dāng)作具有相同絕對光度的“標(biāo)準(zhǔn)燭光”，結(jié)果表明，它們大致遵循哈勃定律。又如已在幾個(gè)星系團(tuán)內(nèi)各發(fā)現(xiàn)一個(gè)類星體，而這些類星體的紅移與相關(guān)星系團(tuán)的宇宙學(xué)紅移相近等等。

但有不少天文學(xué)家，如美國的阿普認(rèn)為，類星體具有非宇宙學(xué)的本質(zhì)。而美國基特峰天文臺臺長伯比特則認(rèn)為，類星體紅移既有宇宙學(xué)紅移，也有非宇宙學(xué)紅移。

大部分天文學(xué)家根據(jù)類星體光譜有較大的紅移，認(rèn)為類星體是相當(dāng)遠(yuǎn)的天體。但是后來幾位天文學(xué)家指出，至少有一些類星體距離地球比較近。他們的主要證據(jù)是在那里一顆類星體與一個(gè)多普勒位移小得多的星系有明顯的聯(lián)系。美國國家射電天文臺的卡里利和他的同事，對上述令人頗感興趣的失偕的類星體——星系樣本進(jìn)行研究。更令人驚奇的是，類星體的速度居然超過了光的速度。1977年以來的發(fā)現(xiàn)證實(shí)，還是那顆3C273，它的內(nèi)部有兩個(gè)輻射源，并且它們還在相互分離，分離的速度竟高達(dá)每秒2880000千米，是光速的9.6倍。不僅如此，繼此之后，人們還相繼發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)“超光速”的類星體。簡直不可思議!因?yàn)槠駷橹沟厍蛏系娜祟惼毡檎J(rèn)為，光速是不能超越的，然而上述發(fā)現(xiàn)又是那樣的奇特，不能不讓人感到困惑不解。

[責(zé)任編輯] 蒲 暉