類星體的劇烈活動是由星系中的黑洞引起的嗎?如果是這樣,那麼在許多普通星系中心發現黑洞是否意味著所有星系都曾是類星體?

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新澤西州普林斯頓高等研究院的羅蘭·範·德·馬雷爾一直在研究這個問題。他的回答是:

“類星體是在20世紀60年代發現的。這個名字是‘準恆星’或‘準恆星天體’的縮寫,指的是類星體通常是點源(像恆星一樣),沒有可觀測的範圍。類星體的輻射被極大地拉伸,或發生紅移,這意味著這些物體非常遙遠——它們的光線被拉伸被認為是宇宙整體膨脹的結果。為了在如此遙遠的距離仍然可以被我們看到,類星體必須產生巨大的能量,但它們又必須足夠小,看起來像點一樣。”

“一些星系的中心包含非常明亮、緊湊的區域;這些天體被稱為活動星系。類星體的光譜特性與這些活動星系中心區域的光譜特性非常相似。因此,天文學家長期以來一直認為,類星體是隻能看到明亮核心的星系。最近用哈勃太空望遠鏡進行的觀測證實了這一假設:高對比度的影像首次清晰地顯示了類星體嵌入其中的星系。”


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“能夠產生類星體和活動星系巨大能量輸出的最合理的機制是物質吸積到大質量黑洞上。當氣體落入黑洞時,它會形成一個圓盤,由於摩擦,圓盤會變得非常熱;這個過程會根據愛因斯坦的方程 E = mc2釋放能量。這個類星體工作原理的標準模型得到了非常有說服力的證據的支援,這些證據表明在一些活動星系的核中存在巨大的暗天體。因此,絕大多數專業天文學家都確信,類星體的劇烈活動確實是由黑洞引起的。”

“現在回答問題的第二部分,‘在許多普通星系中心發現黑洞是否意味著所有星系都曾是類星體?’幾乎所有的類星體都是在高紅移處看到的。因此,當我們看到它們時,它們還很年輕:它們非常遙遠,所以它們的光花了很長時間才到達我們這裡。在當前時代,類星體非常罕見。因此,類星體一定演變成了我們在今天大量看到的其他東西(即在宇宙中相對近的部分)。它們最有可能演變成的物體是正常的、靜止的星系。如果是這種情況,那麼正常的星系應該仍然像類星體一樣在其核心中擁有巨大的黑洞,但這些黑洞現在應該缺乏燃料。”

“對包括我們銀河系在內的幾個正常星系的觀測提供了存在此類黑洞的證據。我們目前還不知道的是,所有正常星系中有多少曾經經歷過類星體階段。要回答這個問題,我們需要對大量‘正常’星系進行高空間解析度的光譜觀測,這將揭示巨大中心黑洞的存在。現在可以使用STIS光譜儀獲得這類資訊,該光譜儀是美國宇航局宇航員最近安裝在哈勃太空望遠鏡上的。未來幾年,有幾個小組將嘗試回答這個問題。”

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