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【獨(dú)家·24小時(shí)】哈尼天體——類星體的綠色幽靈

 紅豆居士 2017-06-06

  1999年7月23日,錢德拉太空望遠(yuǎn)鏡成功升空,作為人類的“眼睛”觀測(cè)著宇宙空間。作為一類特殊天體,黑洞一直是錢德拉太空望遠(yuǎn)鏡的重要觀測(cè)目標(biāo),但在一個(gè)遙遠(yuǎn)且超大質(zhì)量黑洞周圍,科學(xué)家卻發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇特的“天文奇景”——“宇宙幽靈”。

  科學(xué)家表示,這個(gè)奇怪的天體產(chǎn)生了超乎尋常的高能量。他們認(rèn)為,這是由黑洞噴射的放射物質(zhì)所形成的,而這些物質(zhì)在逐漸消失之后仍彌漫著X射線物質(zhì),從而形成了詭異的“宇宙幽靈”。

小星系里住著大黑洞

  上世紀(jì)六十年代,天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種特殊天體。它們?cè)谶b遠(yuǎn)的宇宙邊緣,快速地向宇宙外側(cè)奔跑,其速度極快,幾乎能達(dá)到光速的一半。

  這種奇怪的天體被人們稱為“類星體”。它就是個(gè)三不像——從照片圖像上看,它像恒星但又肯定不是恒星;從光譜像上看,它像星云但又肯定不是星云;從無線電輻射像上看,它像星系但又肯定不是星系。

  類星體還有一個(gè)奇特之處,就是從釋放能量的多少來看,它們肯定能躋身星系一級(jí)的天體之列,其能量甚至是不少普通星系的千倍以上。類星體的超常亮度能使光能在100億光年外被觀測(cè)到。但是,它的體積又比星系小得多,只有星系大小的幾十萬分之一,甚至能被塞進(jìn)太陽系里。

  一般來說,在宇宙空間中,體積越大的天體往往擁有越大的能量,但為何類星體小小的軀體內(nèi)會(huì)蘊(yùn)藏著如此巨大的能量,它的能量又是從哪里來的?長(zhǎng)期以來,這些問題讓天文學(xué)家困惑不解。

  有人認(rèn)為,那里的巨大恒星很多,它們連續(xù)發(fā)生超新星爆炸導(dǎo)致了這些能量的產(chǎn)生;還有人認(rèn)為,那里的恒星數(shù)量多,會(huì)連續(xù)碰撞產(chǎn)生能量;但最靠譜的說法還是和黑洞有關(guān)。

  論起知名度,類星體當(dāng)然趕不上黑洞,但要是論神秘性,類星體絕對(duì)不輸于黑洞。越來越多的證據(jù)表明,類星體實(shí)際上是一類活動(dòng)星系核,在星系的核心位置有一個(gè)超大質(zhì)量的黑洞。類星體并不大,但是黑洞卻很大。也就是說,小星系里面居住著一個(gè)大黑洞,而黑洞在里面興風(fēng)作浪。在黑洞的強(qiáng)大引力作用下,附近的塵埃、氣體以及一部分恒星物質(zhì)圍繞在黑洞周圍,形成了一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的巨大吸積盤。

  吸積盤旋轉(zhuǎn)纏繞,在最中心的區(qū)域,物質(zhì)源源不斷地落入黑洞,并伴隨著巨大的能量輻射,形成了物質(zhì)噴流,向吸積盤上下兩側(cè)噴涌。如果這些噴流剛好正對(duì)著地球,那我們就能觀測(cè)到類星體,也就能看到它所發(fā)出的不可思議的能量了。

星系動(dòng)物園里的青蛙

  也許你會(huì)認(rèn)為,只有當(dāng)類星體的能量在噴發(fā)時(shí),我們才能觀測(cè)到它。之前,許多天文學(xué)家也是這樣認(rèn)為的。不過,我們現(xiàn)在需要改變這種認(rèn)識(shí)。事實(shí)上,它在不噴發(fā)能量的時(shí)候,我們還是能“看見它”,只不過無法看到它的“真身”,只能看見它的“幽靈幻象”。來自荷蘭的一位普通女教師哈尼·范·阿克爾就首先發(fā)現(xiàn)了這樣的“幽靈”。

  哈尼并非天文學(xué)家,充其量只能算是個(gè)天文學(xué)愛好者。2007年,她參加了一個(gè)名為“星系動(dòng)物園”的項(xiàng)目。該項(xiàng)目計(jì)劃從龐大的數(shù)據(jù)庫中尋找目標(biāo),從星系的顏色和外形入手,對(duì)星系進(jìn)行區(qū)別和分類。這個(gè)數(shù)據(jù)庫由斯隆數(shù)字化巡天項(xiàng)目建立,目的是對(duì)天空中的星系、類星體等各種目標(biāo),做一次精細(xì)普查。不過,數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)量是相當(dāng)龐大的,專業(yè)的天文學(xué)家根本沒有時(shí)間和精力處理這么多的信息,于是研究人員想出了一個(gè)好辦法,建立了“星系動(dòng)物園”項(xiàng)目,熱忱邀請(qǐng)全世界對(duì)天文學(xué)感興趣的人都來參與。

  哈尼參加這個(gè)項(xiàng)目不久,就發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象。在旋渦星系IC 2497旁邊,黑暗的星空中漂浮著一個(gè)綠色的斑塊,看起來就像是一只綠色的青蛙。它正在撐開后腿奮力地游向前方光明的地方,而前方就是一個(gè)巨大明亮的星系。這是一個(gè)讓人費(fèi)解的圖像,這個(gè)綠色斑塊也因?yàn)楣岬陌l(fā)現(xiàn)而被稱為“哈尼天體”。這個(gè)像青蛙一樣的哈尼天體其實(shí)是一團(tuán)氣體,它不像是星系中的物質(zhì),且距離星系有上萬光年的距離。

  “星系動(dòng)物園”里突然冒出了一個(gè)“青蛙”,這個(gè)消息迅速傳遍了天文學(xué)界,而項(xiàng)目本身的參與者也開始了查找工作。很快,他們便陸陸續(xù)續(xù)地發(fā)現(xiàn)了上百個(gè)這樣綠色的星系,而這些發(fā)現(xiàn)也吸引了美國(guó)宇航局和歐洲空間局的關(guān)注。由這兩家機(jī)構(gòu)共同管理的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡為此拍攝了一批纖弱的綠色發(fā)光天體。這些發(fā)光結(jié)構(gòu)有環(huán)狀的、螺旋狀的,還有像辮子那樣纏繞形狀的。并且,它們也處在星系的外側(cè),距離星系中心幾千到幾萬光年。

  這么多綠色氣體出現(xiàn)在星系外側(cè),絕對(duì)不是巧合!因此,越來越多的觀測(cè)機(jī)構(gòu)、天文學(xué)家都對(duì)哈尼天體產(chǎn)生了濃厚的興趣,共同探討“綠色幽靈”的秘密。

  目前,天文學(xué)家普遍認(rèn)為,類似的星系可能都發(fā)生過某些不為人知的劇烈活動(dòng)。在活動(dòng)期間噴發(fā)出大量氣體,而這些氣體則彌漫在星系周圍,繼續(xù)擴(kuò)散,最終到達(dá)星系邊緣。還有一些人則認(rèn)為,這些綠色的絲狀氣體結(jié)構(gòu)是兩個(gè)星系在合并過程中,被引力作用扯斷的潮汐尾,這些龐大的潮汐尾綿延上萬光年,在星系合并結(jié)束后,仍長(zhǎng)期圍繞宿主星系緩慢旋轉(zhuǎn)著。

綠色是被電離的氧原子

  其實(shí),目前困擾天文學(xué)家的第一難題倒不是星系邊緣出現(xiàn)的氣體,畢竟他們已經(jīng)想到了好幾種可能,而是至今還沒有人能解釋這些氣體為何是綠色的。

  綠色是我們這個(gè)星球上代表生命的顏色。植物是綠色的,礦物也可以是綠色的,甚至湖水也可能是綠色的。但在宇宙中,我們能看到的星系卻不可能是綠色的。由于量子力學(xué)和人類視覺的局限性,我們僅僅能夠感知到紅、橙、黃、白、淡藍(lán)這幾個(gè)顏色,沒有哪個(gè)星球的綠色能夠亮到人眼可見的地步。因此,在過去很長(zhǎng)一段時(shí)間里,天文學(xué)家猜測(cè),星球聚集的星系是不會(huì)出現(xiàn)綠色的。但是,哈尼天體卻呈現(xiàn)出了綠色!

  科學(xué)家認(rèn)為,哈尼天體所顯現(xiàn)的綠色是電離氧原子的顏色。其實(shí),在地球上也會(huì)出現(xiàn)這個(gè)情況——在高緯度地區(qū),氧原子偶爾會(huì)經(jīng)受來自太陽帶電顆粒的擾動(dòng),而為地球的天空點(diǎn)綴上綠色的極光,極光中的綠色就是氧原子顯現(xiàn)出來的。但是,氧原子被電離只能發(fā)生在很小的區(qū)域內(nèi),要想把遙遠(yuǎn)星系邊緣的氧原子電離變成綠色,那幾乎是不可能的。

  星系的能量極少,它們并沒有能力電離星系外側(cè)的氧原子,但是類星體就有這個(gè)能量。類星體居住在星系核的中心,只不過我們不知道它是類星體,或者說它是已經(jīng)不再活動(dòng)的類星體罷了,而它們?cè)?jīng)的活躍,造就了這些“綠色幽靈”。

  在新一輪查找中,科學(xué)家又找到了8個(gè)類似的哈尼天體。這些星系的能量都很小,根本達(dá)不到電離氧原子的能量(只有所需電離能量的十分之一)。所以,電離的能量絕不可能來自星系本身,只有可能來自居住在星系核中的類星體。

>>8個(gè)哈尼天體的案例

宇宙中的綠色燈塔

  類星體都是極度活躍的星系核,它們擁有的能量比其所在星系高得多。不少人懷疑,也許類星體本身就是一類黑洞。它們盤踞在星系中心,吞噬周圍的物質(zhì),同時(shí)發(fā)出熱量,熱到能發(fā)出強(qiáng)烈的輻射。而這些輻射,就會(huì)像探照燈那樣照射著星系。

  在這些光束中,紫外線是最重要的成員,它能將其他塵埃電離。紫外線以光速行走,奔向星系的邊緣,經(jīng)歷成千上萬年后達(dá)到合并星系的邊緣,將星系外側(cè)的氣體物質(zhì)電離。于是,塵埃物質(zhì)里包含的氧原子也就變成了綠色,哈尼天體也就出現(xiàn)了。星系中心類星體的能量是極大的,也只有它們的能量才能把這么遙遠(yuǎn)的氣體電離,致其呈現(xiàn)出幽靈般的綠色。

  但是,這些綠色的存在僅僅是一瞬間。當(dāng)星系邊緣的氧元素被電離成為綠色時(shí),在星系的核心,劇烈的活動(dòng)就已經(jīng)停止了。讓氧原子繼續(xù)被電離,繼續(xù)保持綠色已經(jīng)不可能。因此,這些星系邊緣的綠色就像是幽靈那樣一閃而過,它們的存在時(shí)間只有幾千年——相對(duì)于星系的壽命來說,也就是一瞬間。

  原來,是遙遠(yuǎn)星系中心的類星體導(dǎo)演了這一切。雖然它們已經(jīng)不再噴發(fā),但是這些星系邊緣徘徊的綠色斑塊就是它們的幽靈。我們無法斷言類星體已經(jīng)死亡,它們還在那里,或許只是暫時(shí)休眠罷了。

  這些“綠色幽靈”就像是一群誠(chéng)實(shí)的記錄者,告訴我們那里剛剛發(fā)生了大型的吞噬行為;它們又像是優(yōu)雅的藝術(shù)家,絢麗地展現(xiàn)著類星體的強(qiáng)大能量;它們更像是人類的探測(cè)器,為我們指引著宇宙深空的奧秘所在——看,綠光就在那里!

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