【汉语拼音】leixingti
【中文词条】类星体
【外文词条】quasar
【作者】黄克谅
二十世纪六十年代发现的一种新型天体﹐它在照相底片上具有类似恒星的像﹐它的光谱有巨大红移。
发现 1960年﹐马修斯和桑德奇找到了射电源3C48的光学对应体﹐在照相底片上﹐它类似恒星。分光观测表明﹐它的光谱中有许多宽而强的发射线﹐当时未能证认出这些谱线。1963年﹐射电源3C273被证认为一个13星等的类似恒星的天体。施米特﹐M.发现它的光谱与3C48的光谱很类似﹐并且成 Φ刂と狭?C273的谱线。结果表明﹐它们是地球上熟知的一些元素产生的发射线﹐但其红移很大﹐达0.158。3C48的谱线也得到了证认﹐红移更大﹐达0.367。随后﹐又陆续发现了一批性质类似3C48和3C273的射电源。它们在照相底片上呈类似恒星的像﹐因此被称为类星射电源。光学观测表明﹐类星射电源的紫外辐射非常强。后来发现一些光学性质类似于3C48和 3C273的天体﹐但它们并不发出射电辐射。这种天体称为蓝星体。类星射电源和蓝星体被统称为类星体。到1979年已发现了1﹐000多个类星体﹐其中类星射电源约300多个。
主要观测特点
类星体在照相底片上具有类似恒星的像﹐这意味著它们的角直径小于1
。极少数类星体有微弱的星云状包层﹐如3C48。还有些类星体有喷流状结构。
类星体光谱中有许多强而宽的发射线﹐包括容许谱线和禁线。最经常出现的是氢﹑氧﹑碳﹑镁等元素的谱线﹐氦线非常弱或者不出现﹐这只能用氦的低丰度来解释。现在普遍认为﹐类星体的发射线产生于一个气体包层﹐产生的过程与一般的气体星云类似。类星体的发射线很宽﹐说明气体包层中一定存在猛烈的湍流运动。有些类星体的光谱中有很锐的吸收线﹐说明产生吸收线的区域里湍流运动的速度很小。
类星体发出很强的紫外辐射﹐因此﹐颜色显得很蓝。光学波段连续光谱的能量分布呈幂律谱形式I 
﹐I 为辐射强度﹐为频率﹐α为谱指数﹐常大于零。光学辐射是偏振的﹐具有非热辐射性质(见热辐射和非热辐射)。另外﹐类星体的红外辐射也非常强。
类星射电源发出强烈的非热射电辐射。射电结构多数呈双源型﹐少数呈复杂结构﹐还有少数是致密的单源﹐角直径小于0
001﹐至今都未能分辨开。致密源的位置通常都与光学源重合。射电辐射的频谱指数α平均为0.75。一般﹐α >0.4的称陡谱﹔α<0.4的称平谱。陡谱射电源多数是双源﹔平谱射电源多数是致密单源﹐它们的厘米波段辐射特别强。
类星体一般都有光变﹐时标为几年。少数类星体光变很剧烈﹐时标为几个月或几天。从光变时标可以估计出类星体发出光学辐射的区域的大小(几光日至几光年)。类星射电源的射电辐射也经常变化。观测还发现有几个双源型类星射电源的两子源﹐以极高的速度向外分离。光学辐射和射电辐射的变化没有周期性。
类星体的发射线都有很大红移。迄今为止﹐观测到的最大红移为3.53(OQ172)。对于有吸收线的类星体来说﹐吸收线红移
吸一般小于发射线红移发。有些类星体有好几组吸收线﹐分别对应于不同的红移﹐称为多重红移。例如﹐类星体PHL957的发射线红移为2.69﹐吸收线红移有五组﹕2.67﹑2.55﹑2.54﹑2.31﹑2.23。
近年来的观测表明﹐有些类星体还发出X射线辐射。
红移 大多数类星体的红移大于1﹐如果把类星体红移
解释为多普勒红移﹐则退行速度
可由下式算出﹕
﹐
式中c 为光速﹐
=3.5时﹐ 高达0.9c 。
红移是河外天体共有的特徵。因此﹐绝大多数天文学家认为﹐类星体是河外星体。红移－视星等关系的统计的结果表明﹕哈勃定律对于河外星系是适用的。就是说﹐它们的红移是宇宙学红移﹐它们的距离是宇宙学距离﹐它们的红移和视星等是统计相关的。可是﹐对类星体来说﹐红移和视星等的统计相关性很差﹐这就产生了两个彼此相关的问题﹕类星体的红移是否就是宇宙学红移﹐类星体的距离是否就是宇宙学的距离。大多 煳难Ъ胰衔o类星体的红移是宇宙学红移。因此﹐红移反映了类星体的退行﹐而且符合哈勃定律。按照这种看法﹐作为一种天体类型而言﹐类星体是人类迄今为止观测到的最遥远的天体。持这种观点的人认为﹐类星体红移-视星等的统计相关性很差的原因﹐在于类星体的绝对星等弥散太大。如果按照一定的标准将类星体分类﹐对某种类型的类星体进行红移-视星等统计﹐则相关性便会显著提高。支持宇宙学红移的观测事实还有﹕已发现三个类星体分别位于三个星系团里﹐而这些类星体的红移和星系团的红移差不多﹔类星体与某些激扰星系(如塞佛特星系)很类似﹔蝎虎座BL型天体是一种在形态上类似恒星的天体﹐以前认为它们是银河系内的变星﹐现已确定﹐它们是遥远的河外天体。
少数天文学家认为类星体的红移不是宇宙学红移。这种观点所依据的观测事实有﹕某些类星体和亮星系(它们的红移相差很大)的抽样统计结果表明﹐它们之间存在一定的统计相关性﹔某些类星体(如马卡良星系205)似乎同亮星系之间有物质桥联系﹐而二者的红移相差极大。持这种观点的人对红移提出过一些解释。例如﹐认为类星体是银河系或其附近星系抛出来的﹐因此认为类星体红移是多普勒红移﹐而不是宇宙学红移。也有人认为﹐类星体红移是大质量天体的引力红移。还有一些理论认为类星体的红移可能是某种未知的物理规律造成的﹐这就向近代物理学提出了所谓的红移挑战。
能源和粒子加速 类星体的射电辐射无疑是同步加速辐射﹐光学辐射也很可能是同步加速辐射。至于类星体的红外辐射﹐尚有待进一步研究﹐但至少有一部分可能仍是同步加速辐射。如果类星体的红移是宇宙学红移﹐它们的光度(包括射电﹑红外线﹑可见光直至 X射线)将达10
～10
尔格/秒﹐是迄今为止观测到的辐射功率最大的天体。类星体的寿命﹐估计约为10
年。因此﹐高能电子和磁场的总能量将高达10
尔格。现在普遍认为﹐高能电子来源于类星体的中心区域。但是﹐从光变资料估计出的类星体光学辐射区域的大小﹐只有几光日到几光年﹐也就是10
～10
厘米。高能电子源一定更小。因此﹐这里就有两个尖锐的问题﹕为什么这样小的面积能发出这么巨大的能量﹖高能电子产生的机制是什么﹖为了解释这些问题﹐已经提出了许多种理论模型。一种模型是恒星碰撞﹐认为在类星体中心﹐恒星的空间密度极高﹐经常发生碰撞﹐从而释放能量。但对于碰撞释放的能量怎样转化为高能电子的能量这一点﹐并不清楚。由于超新星爆发时要释放 罅康母吣艿缱萤o就有一种观点认为﹐恒星碰撞后会黏合在一起﹐形成质量越来越大的恒星。大质量恒星迅速演化为超新星﹐然后爆发﹐释放高能电子。恒星碰撞模型要求有很大的恒星数密度(高达10
/秒差距
)﹐这是它的一个严重困难。另一种模型是质量约为 10
太阳质量的大质量星。这种星的光度可达10尔格/秒左右﹐但能谱将是热辐射的﹐这就不能说明观测到的幂律谱。另外﹐这种星也很不稳定。后来又提出一种有磁场而且在自转的大质量星模型﹐称为磁转子。磁转子是稳定的﹐具有很高的光度。同时﹐由于自转﹐磁力线会扭结﹐最终产生中性线(见磁合并)或中性片(见电流片)﹐并导致爆发。这可用来解释类星体的光变。不过﹐光变应该是周期性的﹐这又同观测结果相矛盾。此外﹐还有黑洞吸积﹑白洞﹑物质-反物质湮没等模型。迄今为止﹐尚无一种令人满意的模型。
类星体和活动星系 活动星系(又称激扰星系)都有一个处于剧烈活动状态的核。活动星系核在许多方面都与类星体相似﹕体积很小﹔光谱中有很强的发射线﹔发出从射电波段到X射线波段的非热辐射﹔经常有光变和爆发现象等等。因此﹐类星体本质上可能是某种活动星系﹐观测到的类星体现象是星系核的活动。当然﹐如果类星体位于宇宙学距离﹐那么﹐它们的活动会比一般活动星系更为剧烈﹐功率更大。类星射电源的射电性质 嗨?A HREF="http://140.128.103.1/web/Content.asp~ID=28249">射电星系和N星系。后二者一般属于巨椭圆星系。因此﹐有些天文学家猜测﹐类星体是遥远的巨椭圆星系。就光学性质而言﹐类星体酷似Ⅰ型塞佛特星系。因此﹐现在更倾向于类星体是遥远的塞佛特星系这种看法。
吸收线 产生类星体的吸收线的原因可能有两种﹐一是吸收线产生于类星体附近的气体云﹐这些气体云是从类星体抛出来的。二是吸收线产生于类星体和观测者之间的某些河外天体。这些河外天体同类星体可能毫无关系。对于
≦
的类星体来说﹐第一种可能性大﹔对于
的类星体来说﹐第二种可能性大。不过﹐类星体的吸收线很窄﹐对应的湍流速度只有每秒10公里左右﹐其原因尚不清楚。
超光速现象 已经发现 3C345等几个类星射电源的两致密子源以很高的速度分离。如果类星体位于宇宙学距离﹐两子源向外膨胀的速度将超过光速﹐最大的可达光速的10倍。有人认为﹐类星体并不位于宇宙学距离﹐这就根本不会出现超光速现象。但是观测发现﹐有一个射电星系也存在类似的超光速现象﹐而射电星系无疑位于宇宙学距离。可见这种看法的证据尚不充分。另一种看法认为﹐超光速现象是存在的。但是﹐为了不与相对论矛盾﹐认为这种现象并不反映粒子的真实运动﹐而是某种“假象”﹐因而是“视”超光速膨胀。目前﹐已提出好几种模型来解释视超光速现象﹐但都不能彻底解决问题。
参考书目
G. Burbidge and M. Burbidge﹐ Quasi-Stellar Objects﹐W.H.Freeman﹐San Francisco﹐1967.
G.B.Field et al.﹐The Redshift Controversy﹐W.A.Benjamin Inc.﹐Mass.﹐1973.
H. L. Shipman﹐Black holes﹐Quasars﹐ and the Universe﹐ Houghton Mifflin Co.﹐Boston﹐1976.