宇宙中最神秘的类星体：到底是啥？没人知道

在室女座星系团中，就隐藏着这样的一个奇怪的物体。从地球上看，3c 273 物体看起来就像附近的一颗恒星。

但科学家在研究它的光线时，有了一个惊人的发现：它非常遥远，它不仅不在我们的星系中，甚至不在科学家们所能看到的任何星系中。它在十亿光年之外！

如果它离我们那么远，却是那么亮，那么它一定是宇宙中最亮的物体了。

这就是为什么这些东西在这么长时间里，一直保持神秘。这些天体非常明亮，尽管距离遥远，但对我们来说，它们看起来就像附近的恒星。

于是它们被称为类似恒星的物体，简称“类星体”。

但它们是什么呢？通过对类星体更详细的观察，科学家们发现它们并非来自任何随机的地方，它们总是来自星系的核心。

类星体是一个来自非常遥远星系的超亮核心。我们之所以能看到它们，是因为它们的不可思议的力量。

一颗类星体比整个星系更耀眼，产生的能量相当于把数千亿颗恒星的所有这些能量都集中在一个源上。

人类在地球上所见过的最大能量的事件之一就是有史以来爆炸力最大的原子弹。

据科学家们测算，类星体每秒释放的能量要比那个超过1万亿倍。

它只是将巨大的能量聚集在一个非常非常小的体积里。

但能够产生这样明亮，这样充沛能量，但又不是很大的东西，是什么呢？

是什么能够驱动这样的东西？

科学家们认为，藏在类星体里的一定是一个非常强大的引擎。宇宙中只有一样东西，质量足够大，密度足够大——黑洞。

这是科学家们所知的宇宙中唯一可以为类星体提供能量的东西。

比太阳大25倍的恒星，当它们与引力的长期战斗中败下来的时候，它们会遭受到灾难性的崩溃。所有令人难以置信的质量，都被压缩成一个点……于是黑洞产生了。

黑洞是独一无二的，它们的质量和密度都极高，在非常小的空间里塞满了非常多的质量，以至于它们极大地扭曲了空间，并创造了被称为事件视界的区域。

这些怪物的边界，也就是视界，是一个无法返回的点。任何越过那条线的东西都不会再回来，哪怕是光！

所以当光试图自由地穿越时空时，空间和时间会向后弯曲，这意味着光永远无法逃脱。

在宇宙中，黑洞的质量从普通的比太阳大三倍的，到超大质量的。而类星体应该就是科学家们在宇宙中看到的最大的黑洞。

这里所说的超大质量，是比太阳大数十亿倍的黑洞。这几乎就是想象的极限。

黑洞，顾名思义，它是黑的，它怎么可能明亮呢？而且竟然比整个星系还亮。

的确，黑洞是贪婪的食客，它们将气体和尘埃拖入黑洞，在黑洞周围形成物质环。科学家们称之为吸积盘。可以把它想象成一个巨大的物质漩涡，它们正试图落入超大质量黑洞。

然而，物质不可能一次性全部落进去，所以在圆盘上会产生很多摩擦，这种摩擦随着气体和尘埃运动的加速而增加，这个速度与光速相比，不会小很多。

如果你能够以接近光速的速度摩擦双手，那么你的手会完全蒸发。

所以，吸积盘中的物质可以被加热到几百万度。当物质被加热时，就会产生辐射，即我们所说的光。

星系的中心在发光，在数十亿光年之外都能看到。那里就是物质密度和温度上升的地方，即类星体。

因此，虽然黑洞是宇宙中最黑暗的物体，但它们也会为宇宙中最明亮的物体提供能量。

类星体想像图

几十年来，类星体一直困扰着天文学家，虽然类星体是宇宙中最明亮的物体，但经常是不可见的。

2015年11月2日，天文学家利用原子大毫米波阵列“阿尔玛”来观测宇宙中最亮的星系。

一颗名为 w2246 的类星体发出的光相当于350万亿个太阳的亮度，但对我们的眼睛来说，它是看不见的。

因为红外线是不可见的，所以那并不是普通的星系而是“热狗星系”。

“热狗”意味着模糊的星系被星际尘埃云所包围，因此来自这颗类星体的难以置信的光被隐藏在我们的视野之外。

当黑洞周围的物质太多的时候，类星体被完全被遮蔽起来。类星体的可见光线被厚厚的灰尘云层吸收。但较低能量的红外线却能逃逸出来，在这个波长下，它亮度是非常惊人的。

科学家们发现，宇宙中最亮的类星体有一半是来自“热狗星系”。

【古老类星体形成之谜】

2017年，智利洛斯坎帕纳斯天文台的科学家们，将望远镜聚焦于宇宙中最古老的地方。

在那里，他们发现了一个类星体。这个类星体大约在大爆炸后的6、7亿年就形成了。

智利洛斯坎帕纳斯天文台

而这个黑洞的质量大约是太阳的8亿倍。它是迄今为止发现的最古老的类星体。

对此，科学家们感到非常震惊：这样的怪物怎么会在宇宙诞生后这么快就生成了呢？

那时，宇宙基本上只是氢气和氦气的混合物。

我们知道类星体是由超大质量黑洞提供能量的，但在宇宙演化的早期发现这么大的黑洞，是一个巨大的谜团。

在天文学中，有一个很大未解之谜：这些超大质量黑洞是如何形成的？它们是如何在宇宙早期形成的？

黑洞是贪婪的吞食者，它能吞食一切靠得太近的东西，然后变得越来越大。它们以惊人的速度通过吞噬来成长，它们永远不会停止饥饿，它们欲壑难填。

然而这个增长速度再快，也是有限的。科学家们认为，在宇宙诞生10亿年之后，应该没有足够的时间要让黑洞达到10亿太阳的质量。

10亿年对于人类来讲，太长了，基本上等同于永恒。而对于宇宙来讲，10亿年才刚刚开始，而对于黑洞来讲，时间太短了。

所以超大质量黑洞除了吃东西，肯定还有其他的过程，导致它们的形成。科学家们现在认为，这些庞然大物是由较小的种子黑洞演化而来的。

黑洞通常是由大约25倍太阳质量或更大的恒星爆炸形成的。这只是很小的黑洞，而要产生超大质量的，那么就需要一颗超大质量的恒星，一颗从早期宇宙的原始气体中产生的恒星。

这些巨大的星云主要由氢组成，还有少量的氦，基本上就是这些了。随着物质冷却，它们会坍缩成这些巨大的恒星——一个太空中巨大的氢原子球恒星。

这些超级巨星成长得快，死亡得也早。它们死后，就形成了这些种子黑洞。

但这里有个问题，似乎即使是这些超大质量的恒星也无法产生足够大的种子黑洞。所以一定有其他方法可以在不到10亿年的时间里，产生一个10亿太阳质量的黑洞。否则宇宙如何能从厚厚的气体云中，创造出超大质量的黑洞呢？

有一种理论认为超大质量黑洞只有一次大的坍塌事件，科学家们称之为直接坍缩。

巨大的超高密度的氢气云聚集在一起，引力逐渐增加，把更多的气体拖进来，然后变得越来越密集。

直到气体在自身重量的作用下崩塌。它没有形成恒星，而是直接挤压成超大质量黑洞。

一个星系开始在这个巨大怪物周围形成，气体流向中心，温度越来越高，直到类星体爆炸的产生。

直接坍缩成黑洞想象图

它们非常明亮，我们今天都能在130亿光年远的地方看到它们。

所有这些现在都只是个想法，还没有证实，所以还不能称之为科学理论。

【类星体的超强破坏力】

随着越来越多、越来越远的类星体的发现，科家家们对早期宇宙以及其中星系的发现也就越多。看似平静和平的星系，但仔细观察后可以发现一些极端暴力和破坏。

巨大的伤疤从它们的中心延伸到数万光年之外。

是什么造成了这样的破坏？

科学家使用多种波长观察后，发现了“罪魁祸首”。两个巨大的能量喷流从星系核中的一个类星体的中心喷射出来。它们穿过星系，进入太空，在周围的气体中产生空洞。

喷射出的能量非常惊人，所到之处灰飞烟灭。

想像一下，这些类星体喷流中包含了多少能量，有些物质的质量可以是太阳的很多很多倍。然后把它们加速到接近光速的速度，并把它们抛出去，穿越几十万光年。

物质粒子经过类星体的核心的增压、扭曲成密集的能量束并加热到数万摄氏度，以每小时数百万英里的速度移动。

普通的类星体就已经非常强大了，但是有喷射流的类星体，它们的威力就“爆表”了。

将数十亿或数万亿颗恒星的能量，集中成狭窄的喷射流，基本上就像死亡射线一样穿越宇宙。

类星体的喷流

如果你离它太近，并且就在它所经的路线上，那么你就看不到这篇科普文了。

受影响的不仅仅是星系和周围的气体，这些喷流的威力比死星（没错，就是电影《星球大战》中的那个超强武器）还要大。

它们不仅会摧毁经过它们的行星，还会摧毁恒星，甚至整个恒星系。

这就是星系3c 321中发生的事情。

可见光下的星系3c 321

在可见光下，科学家们看到的只是一对星系。但在多种波长中，科学家们看到较大的星系发射出巨大的死亡射线，并穿透了较小的邻居星系。

多种波长下的星系3c 321

这些喷射物在太空中飞行的距离令人难以置信，已知最大的射流长度约为140万秒差距。1百万秒差距大约是3百万光年，所以，从一端到另一端大约有500万光年。

喷射物会撞击星系间的介质，会发出巨大的冲击波，并形成巨大而蓬松的云。

Pictor A星系就是典型的被类星体摧残的星系。

Pictor A 星系

看起来像棉签，有一个狭窄的喷射流，两端都是又大又肿的东西。

科学家还发现，似乎有喷流的类星体是一种非常罕见的物种。只有10%的类星体有，没有人真正知道原因。

然而，关于强大的喷射流如何被创造出来的，科学家们还没有理清这里发生的天体物理学。目前最好的解释是，喷流的形成来自于吸积盘。

气体落入超大质量黑洞，它移动得越来越快，越来越热。当把气体加热到极限温度时，它就会变成等离子体，充满了电磁的带电粒子。

当超大质量黑洞周围的区域有快速移动的带电粒子时，就会产生一个强大的磁场。磁场强度逐渐增强，包围着黑洞。这种强磁场会将自己包裹在黑洞周围，吸积盘中的任何带电粒子都会沿着这些磁场的路径运动。

有磁场的物体，就有磁极，这是物体可以逃逸的地方。物质纠缠在一起，螺旋上升并被推进喷射流中。这个过程中的压强非常高，这些磁场非常强，它们被旋转的黑洞紧紧缠绕着，最后得到的是平直的非常强大的喷流。喷射物从黑洞的两极，以99%的光速喷射出来。

这些类星体就像是巨大的发电机，它们将引力能转化为磁能，而磁能在喷射流的发射过程中转化为动能。当它们携带着巨大的能量，在穿越宇宙的过程中就能被清晰地探测到。

【快速点燃的类星体】

科学家们认为，类星体的形成需要数百万年的时间。到目前为止，科学家们已经发现了超过20万颗类星体。

2016年6月，科学家们又发现了另一个，然而这次的非常不一样，它在500天内就点燃了……

用宇宙学的术语来说，只是一眨眼的功夫。这太奇怪了。

要知道，类星体是星系尺度上的东西。通常，当我们想到天文学的时候，我们所想到的天文上的时间尺度是很长的，一般我们都无法看到事情的实时发生。

所以当科学家们看到宇宙中这些不可思议的引擎，通过在几个月或几年的时间里启动并改变它们的本质时，这有点可怕。

是什么引发了类星体的点燃？

科学家们现在推断，类星体可能是星系生命的自然组成部分。星系不是固定不变的东西，它们在不断地变化，进化。

在一年的时间内，一个星系可以从正常状态变为活跃状态。

大多数科学家们认为，星系都会经历一个包括形成类星体的发展阶段。类星体是星系成长过程中的一个正常部分。

类星体的行为很像是一个处于叛逆期的青少年，很会发脾气。这时的它们会闪闪发光，以惊人的速度进食。

那么是什么触动了这个开关呢？是什么在开启和关闭类星体？

科学家们认为与气体进入星系中心有关。当物质进入黑洞时，黑洞就等在那里，然后它就变亮了。

那么类星体从哪里找到足够的气体来享用呢？

要开启类星体，需要一定的条件。首先需要一个超大质量的黑洞，还需要大量的物质倾倒在它上面。

那么什么情况下会有大量的物质倾倒在黑洞上面呢？星系碰撞！

星系不是固定在一个地方的，它们在太空中移动，有时，它们会碰撞。

科学家们认为，处于核心的超大质量黑洞会发生碰撞与合并，合并后星系的气体供应流向新的超大质量黑洞。

当这两个星系合并时，新的黑洞就有了新的食物，这是一个全新的“餐盘”，一个全新的“自助餐”。

于是，气体就会螺旋进入，加热到几百万度，星系核会亮起来，类星体就这样诞生了。

星系合并，似乎提供了类星体形成的最佳条件。

超大质量黑洞的合并

但当天文学家研究这些不寻常的类星体的快速点燃时，他们并没有发现星系合并的证据。一定是别的什么东西启动了它们。

当我们考虑到一个典型类星体的大小尺度时，科学家们认为它必须花费数年才能真正启动。

那么，什么能加快这一进程呢？一种观点认为，黑洞周围的气体圈即吸积盘，内部发生了灾难性的事件。

一个活跃的类星体意味着黑洞正在吞噬一些东西，所以当你看到类星体启动时，你就知道黑洞周围发生了非常严重的问题。

也许吸积盘中的有些东西掉进去了，甚至可能有一颗恒星靠得太近了。吸积盘不仅仅是气体和尘埃，黑洞会把所有东西都拖进去，无论是恒星还是气体。

黑洞的巨大引力可以把一颗恒星撕成碎片，并在吸积盘内产生了突然激增的能量。

或者，一颗爆炸的恒星可能是类星体点火的催化剂。因此，有可能是一颗超新星在吸积盘中爆炸，引发了物质的雪崩。

这些物质就能够突然落入黑洞，在这两种情况下，一股突然涌入的热气会加热吸积盘，然后启动了类星体。

一旦被激活，类星体可以闪耀数百万年，并释放出能量和毁灭性的喷流。

【我们的银河系会产生类星体吗】

所以，要形成类星体，首先需要一个星系，然后在星系中心有一个超大质量黑洞，还需要气体，即需要掉进黑洞的物质来创造类星体现象。

我们生活在一个星系中——银河系。它的中心就有一个超大质量黑洞。附近有气体绕着它运行，听起来似乎不太好。

我们的未来看来并不光明，如果喷射流穿过银河系，热量和宇宙风从核心爆发，就有一个问题——我们会生存下去吗？

我们习惯地认为我们的星系是和平的，却不知，我们的星系曾经有着暴力的过去。

最近的发现显示有两个巨大的空气泡，从我们的星系中心散发出来。这些气泡充满了高温的气体，它们正以每小时200万英里的速度远离我们的星系。

这些泡沫很大，它们的规模堪比银河系本身，有5万光年长。它们非常巨大，如果你要在天空中绘制它们，它们会从一个地平线延伸到另一个地平线。

正在远离银河系的两个巨大的空气泡

这些气泡看起来类似于那些在遥远的星系团中看到的，比如“海德拉 a”。

随之而来的大问题：是什么把气体放在那里的？是什么使这种气体温度如此之高？以至于它能喷发到离星系很远的地方呢？

一种可能性是，这是由银河系历史上的一个活跃阶段驱动的。

在遥远的银河系中心，隐藏在气体和云层之下的是一个巨大的一个超大质量黑洞叫做人马座A星。

现在，它是安静的。它是死了还是睡着了？

唯一能在银河系上下制造出这些巨大物质的是，从银河系核心流出的巨大喷流。这听起来是不是很像类星体？

但与海德拉 a不同的是，这些喷出的气体并非来自数亿年前。这些喷流是在过去的600万年里爆发的。

我们在宇宙中看到的几乎所有类星体都在遥远的地方。这意味着它们都在遥远的过去。

但这是最近的活动就在600万年前。这就意味着，我们星系中心的黑洞还在进食。

科学家们一直认为银河系是静止的，也就是说不会吃得太多。而现在，发现它竟然还很活跃。所以，科学家们认为一定是什么东西打破了它的平静。也许是一群不幸的恒星离得太近了。

不管是什么方式，这颗沉睡的人马座A星狼吞虎咽地吃了一顿新的饭，然后爆炸性地醒来了。它的喷流从星系中喷射出去了超过十万亿吨的气体。

幸运的是，我们星系的超大质量黑洞比典型的类星体要小得多，这只是一次小小的爆发。

但我们沉睡的巨人可能会再次醒来。比以前更大更危险类星体事件，总有一天会有这样的事发生。

星系碰撞可以触发类星体，而现在，我们知道有一个星系正朝我们走来，那就是我们星系的邻居——仙女座星系。

它以每秒70英里的速度向我们移动，大约40亿年之后，两个星系将发生碰撞。

两个星系都有超大质量黑洞，我们星系超大质量黑洞的质量是太阳的四五百万倍，而仙女座星系的黑洞要大20倍。

最终，这些黑洞将开始围绕彼此旋转，它们注定要合并。新的黑洞将比人马座a星要大得多。

而这个超巨星将有新的气体需要消耗，这将是银河系的一次难以置信的爆炸。甚至可能是银河系整个生命周期中最大的一次爆炸。

类星体的诞生的爆炸可能比我们之前经历过的任何爆炸都要大得多。在合并的混乱中，我们的太阳系可能会迁移。

如果太阳系向星系核心移动，向类星体移动，我们不仅能亲眼目睹星系的碰撞，还能看到更惊人更可怕的事情，类星体被启动了。

我们离得越近，场面越壮观，它看起来就像天空中一个明亮的光源，几乎就像第二个太阳。伴随着美丽风景的将是难以置信的热量。

类星体风，对地球意味着：大气会被剥离，海洋会沸腾，脚下的石头会融化。这时的地球上绝对不会有生命。

这颗新点燃的类星体可能能量非常巨大，会从银河系中心喷发出数万亿吨气体。

在未来，类星体能够把所有的正常物质都踢出星系。没有正常物质，就不再有新的恒星，行星，也不再有人类和文明。

【类星体的另一面】

类星体具有可怕的破坏力，对星系来说似乎是个噩梦。但科学家们现在发现了它们的另一面。

类星体有着巨大的能量，它们释放出难以想象的能量，可能会在其所在的环境中造成混乱。但这可能对一个健康的星系来说，却至关重要。它甚至可能为生命创造条件。没有它们，我们就不会在这里。

科学家们发现类星体虽然具有破坏性，但很有可能我们周围的宇宙就是由类星体塑造的。

恒星是星系的本质，但一切都是有节制的。如果恒星太多可能会造成问题。

有很多新恒星形成，是一件好事，但太多就不好了。新恒星诞生时，很多都是又热又大的蓝色恒星，但最终，这些年轻的热恒星会开始死亡。当它们死亡时，它们会以超新星的形式剧烈爆炸。

会有新的黑洞出现，也会有新喷流，会有震动穿过星系的气体。所有这些，实际上，会把星系给杀死，

新恒星形成的大爆发，会使星系剧烈而混乱。恒星和行星会被超新星和黑洞的强烈辐射摧毁。

所以，如果不加以控制，星系就会自我耗尽。

但有些星系会有一个宇宙守护者创造了安静，和平的社区。

当一个星系要形成一堆恒星时，需要冷却的气体，氢分子。而类星体绝对不是冷的。一旦星系中心出现了一个类星体，这将影响那些恒星的形成方式。

所以星系中低温气体的命运与整个星系中恒星的形成紧密相连。

科学家们认为类星体在它们周围的环境中沉积了大量的能量，它们可以通过加热来阻止非常冷的气体的形成。

类星体将大量的热量输送到它们的环境中，一种方法是通过一种叫做类星体风的极端宇宙飓风；另一种明亮的光之风。

超大质量黑洞周围旋转的物质盘，为这些光风提供了非常多的能量。这些光风可以推动星系核心的尘埃和气体并将它们快速地向外推。

这些“风”速度可以非常快。这种“风”可不是我们习以为常的那种风，它实际上是一股高能粒子流。

在某些情况下，这些粒子可以以每小时数亿英里的速度运动。星系中形成恒星的冷物质，就会变得炙热而混乱。

原来这些宁静的氢分子云会在引力作用下坍塌，而现在却被一股巨大的类星体风扰乱了一切，使星系的温度升高很多，最终便星系形成恒星淬火的现象。

所以整个星系的新恒星形成的速率会比我们所预期的更低。在宇宙武器库中，类星体是一个抑制恒星的武器。

另外，类星体有另一种热量输送的模式。当星系的超大质量黑洞喷射类星体风时，喷射物，就像一辆在积雪的街道上铲雪的卡车，它们会把物质推开。

喷流把气体推挤到星系的边缘，并释放出巨大的能量，它们把气体吹走，导致的结果就是阻止了恒星的形成过程。

类星体变化无常，喷流的作用比看上去更复杂。在某些情况下，他们甚至可能负责制造恒星，这被称为喷流触发的恒星形成。

2017年，天文学家利用“阿尔玛”在凤凰星团中心喷流的尾迹中发现了新恒星的形成。

“阿尔玛”在凤凰星团中心喷流的尾迹中发现新恒星的形成

喷流驱动恒星形成气体，那么它们又是如何导致恒星形成的呢？

科学家们认为，就像扫雪机一样，把积雪压紧在一起。有了这些“雪”或冷的分子气体中就会在星系中诞生恒星。

所以，类星体是个矛盾体，有时会带来破坏，有时会带来创造。它们甚至似乎可以给星系带来平衡。

然而，如果它们持续喷出气体，就会永久阻止恒星的诞生，然后杀死它们的星系。

幸运的是，它们在造成致命伤害之前就停止了。最终，当星系中心的气体消耗殆尽时，就像是一个电灯开关一样，把类星体给关掉了。

类星体的燃料是冷却的气体，吹走了它的燃料后，类星体本身就会死亡。气体云再次冷却，恒星开始再次重新形成。

但是冷却的气体同样会流回到超大质量黑洞，于是为类星体的重新点燃提供了新的燃料。

所以黑洞，在很多方面，可以自动关闭。就像你客厅里的恒温器，如果房间太冷，恒温器就会启动，当温度升高到一定程度时，房间就会变得太热，然后自动调温器就会关闭。

当类星体启动时，恒星就会停止形成，而当类星体关闭时，恒星又会恢复形成。

正因为类星体有调节恒星形成的能力，所以就不会有太多的恒星同时形成。通过调节恒星的形成，类星体控制了星系未来的恒星形成。

所以科学家们以为类星体具有令人难以置信的暴力现象，但实际上，它们比你想象的要微妙和优雅得多。

类星体的活动很可能对星系的发展至关重要。所以从这个意义上说，类星体的活动产生了一个平衡。

类星体是年轻星系的必经之路，从混沌的恒星形成的青少年阶段逐渐过渡到成熟、稳定的星系，就像我们的星系一样。

类星体的存在可能对星系的健康至关重要，但科学家们认为在整个宇宙时间的星系演化中，它们扮演着极其重要的角色。

通过对类星体的研究，可能帮助科学家们理解星系的起源，恒星的起源。类星体有助于创造稳定的星系，而这种稳定的星系可以维持生命。

所以类星体，虽然非常狂暴，但它们是星系的一部分，也是星系进化的一部分。

有时候，为了创造，你必须要先毁灭。类星体塑造了宇宙，没有它们，我们可能根本就不存在。