星系的奧秘就寫在類星體里

周曉

2020年，位于美國(guó)夏威夷的雙子星北座望遠(yuǎn)鏡記錄了迄今為止最強(qiáng)大的星體爆炸活動(dòng)，這股爆炸來(lái)自于一顆類星體。科學(xué)家對(duì)此非常激動(dòng)，因?yàn)檫@或許能解釋一些宇宙問(wèn)題。

黑洞存在的進(jìn)一步證據(jù)

類星體是指照片影像類似于恒星、釋放的能量是星系的千倍以上的銀河系外星體。盡管類星體在20世紀(jì)60年代就被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了，但是我們依然對(duì)它所知較少。

類星體的中心是質(zhì)量至少在太陽(yáng)千萬(wàn)倍以上的超大質(zhì)量黑洞，圍繞著黑洞的是由被黑洞吸引的物質(zhì)所組成的吸積盤。同時(shí)，在垂直于吸積盤平面的方向，有兩股以接近光速向外噴射的噴射流，這兩股噴射流叫做天體物理噴射。超大質(zhì)量黑洞、吸積盤和天體物理噴射，這三個(gè)主要部分共同組成類星體。

2020年被發(fā)現(xiàn)的類星體的黑洞質(zhì)量是太陽(yáng)的8 6億倍，相比之下，銀河系中心的黑洞質(zhì)量則只有太陽(yáng)的410萬(wàn)倍。隨后，由這顆類星體發(fā)出的天體物理噴射被雙子星北座望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到，而這一顆類星體光爆炸活動(dòng)的強(qiáng)度，是以往科學(xué)家觀測(cè)到的其它類星體的13倍。這一次對(duì)來(lái)自于類星體活動(dòng)的清晰記錄，使科學(xué)家對(duì)黑洞有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

如今星系間的氫氣哪里來(lái)？

這一顆類星體活動(dòng)也揭示了，為什么星系之間40%的可見(jiàn)物質(zhì)是氫元素。早在2004年，科學(xué)家就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了在星系之間存在龐大的氫氣體云。當(dāng)時(shí)，科學(xué)家認(rèn)為那是星系形成后遺留下來(lái)的氫元素。但是，科學(xué)家如今有了新的看法：這些組成氫氣云的氫元素就是來(lái)自于類星體的天體物理噴射。那么，天體物理噴射是怎么形成的？

黑洞周圍存在著劇烈的磁場(chǎng)活動(dòng)。一些氣體物質(zhì)能從黑洞的磁場(chǎng)中獲得非常強(qiáng)大的能量，被加熱，溫度可達(dá)上百萬(wàn)攝氏度，發(fā)生爆炸并釋放光子。生成的光子會(huì)撞擊質(zhì)量較輕的元素粒子，而元素粒子里，最輕的當(dāng)屬氫元素。有的人或許會(huì)有疑問(wèn)了，光子的撞擊力有那么大嗎，以致于它足以把氫元素撞出星系？

光子撞擊所產(chǎn)生的力是“光壓”的一種。我們用手電筒照自己的時(shí)候，盡管我們感覺(jué)不到，但實(shí)際上，光子也對(duì)我們的皮膚表面產(chǎn)生了壓力，而我們感覺(jué)不到的原因是因?yàn)槭蛛娡舱彰鞴庾拥哪芰繌?qiáng)度太低。如果來(lái)到外太空，由太陽(yáng)帶來(lái)的光壓足以使太空探測(cè)器偏離預(yù)設(shè)軌道15000千米。來(lái)到太陽(yáng)內(nèi)部，也正是因?yàn)樘?yáng)內(nèi)部的光子不斷向外跑，撞擊著表面物質(zhì)，阻止了太陽(yáng)因自身強(qiáng)大的引力而向內(nèi)塌縮。

因此，類星體里的光壓撞擊力非常強(qiáng)大，足以將氫元素撞飛，向外噴射，從而形成壯觀的噴射流——天體物理噴射就這樣形成了。

最后，來(lái)到星系之間的氫元素又會(huì)因萬(wàn)有引力作用，聚集到一起，形成氫氣云。

恒星的誕生越來(lái)越少

為什么自100億年前超級(jí)星系形成之后，恒星的形成越來(lái)越少？通過(guò)對(duì)這顆新發(fā)現(xiàn)類星體的觀測(cè)，天文學(xué)家找到了其可能的原因——可能是類星體的氫氣風(fēng)暴所造成的。

類星體除了中心的黑洞、天體物理噴射，還有一個(gè)吸積盤。吸積盤里有各種物質(zhì)，其中就包括了大量氫氣。這些吸積盤里的氣體從黑洞極其強(qiáng)大的引力那里獲取能量，然后被加熱至上億攝氏度，形成光爆炸。這股光爆炸會(huì)驅(qū)散位于吸積盤更外圍的氫氣，形成一股時(shí)速可達(dá)390 0 0千米/秒（相當(dāng)于光速的13%）的氫氣風(fēng)暴。這顆類星體的中心黑洞質(zhì)量更大，以至于氫氣風(fēng)暴速度比哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的更快。

類星體產(chǎn)生的氫氣風(fēng)暴會(huì)席卷整個(gè)星系。根據(jù)這次觀測(cè)，氫氣風(fēng)暴足以沖散星系里其他部位的氣體云，從而在較大程度上阻止了這些氣體云里的恒星的誕生。

氫氣風(fēng)暴不只是阻止了恒星的形成，還延緩了星系的成長(zhǎng)。由于氫氣風(fēng)暴不斷驅(qū)散星系周圍的氣體云，使得星系難以靠吸引其他氣體來(lái)促進(jìn)自身的成長(zhǎng)，所以，如今星系主要靠相互之間的吞噬來(lái)擴(kuò)大自己的規(guī)模。兩個(gè)星系合并之后，它們的中心黑洞又會(huì)合并成一顆更大的類星體，引發(fā)一輪更大的類星體活動(dòng)，而合并之后的星系就更難成長(zhǎng)了。因此，如今超大星系的數(shù)量并不多。

關(guān)于這一顆類星體的研究才剛剛開(kāi)始，相信不遠(yuǎn)的將來(lái)，科學(xué)家還會(huì)有更多的發(fā)現(xiàn)。