比黑洞还恐怖的天体!一分钟消耗一颗太阳,已将“枪口”对准地球
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我们都知道,黑洞可以捕捉任何靠近它的物质,连一丝微光也不放过,是十分可怕的神秘天体。
但其实有一种天体,比黑洞还要恐怖!它就是耀变体,一种甚至拥有十亿倍于太阳质量的“怪兽”。
它每分钟都会耗费掉将近一颗太阳的能量,并将喷射流的“枪口”对准了地球。那么耀变体的发现有何意义,它和黑洞以及类星体,又是什么关系呢?
暴躁的“怪兽”
首先,我们来说说什么是耀变体。根据百度百科词条的注释:耀变体,外文名:blazar,是活跃星系核中,具有高能量和变化特征的一类天体。
可能很多人第一次听说耀变体,不理解这是一种怎样的天体,也不明白活跃星系核心是什么。那么我们就从头讲起。
太阳是距离地球最近的恒星,也是我们仰望天空可见的最明亮的天体。根据现有的科学论证,她的形成是脱胎于奥尔特原始星云。
而星云里的物质,则来源于最原始的超新星爆发。当超新星爆发后,星云由于受引力作用影响,不断塌缩突破临界值,便会产生核聚变反应,“点燃”了太阳。
但是,如果在发生超新星爆发后,残余的质量超过了太阳质量的3倍,那么将无法对抗重力作用,而发生向内塌陷,形成黑洞。
这种恒星级质量的黑洞,虽然质量不太大,但却极其致密、拥有惊人的引力,连一丝光都不会放过。
因此黑洞的视界内,毫无光亮。很长一段时间内,我们都无法看清它们的真面目。
与恒星级质量黑洞不同,还有一种大质量黑洞,它们的质量至少有太阳的百万倍。足以将周围的恒星和行星物质,吸引在自己周围,成为一个星系的核心。
比如我们的银心,也就是位于银河系中心的黑洞——人马座A星,它的质量就是太阳的400万倍。但对于超大质量黑洞而言,银心的质量还是太小,根本不值一提。
而且,从检测数据来看,银心的运转十分平静,其吞噬活动并不剧烈。
但那些非常活跃,巨量吞噬周围物质的超大质量黑洞,却因为吸引了许多恒星物质在身边,形成了明亮的吸积盘,所以光度要远远高于普通的星系,并会迅速产生光变,有的还有垂直于吸积盘,从两极发出光学或射电的喷流现象的两道光波射线。
这类位于河外星系中心的超大质量黑洞,就被称为活跃星系核。
而活跃星系核又包含很多种类,其中就有类星体和耀变体。类星体是离我们极远、光度极高、红移明显,又不像恒星的活动星系核。
而耀变体则是,天体类型多呈现点状闪耀爆发,并且相对论性喷流,正好指向我们地球的活动星系核。
目前,科学家根据喷流性质的不同,普遍将耀变体分为蝎虎座BL型天体(bl),和光学剧变类星体(quasa)两种。
简单理解,就是一个正对着地球喷流,一个没有。两个名称各取一部分,就合成了具有闪耀意思的单词blazar,意为耀变体。由此可见耀变体,就是一种疯狂吞噬周围物质的,暴躁的“怪兽”。
对准我们的“枪口”
耀变体的相对性喷射流,正无时无刻不在喷向地球。这个对准我们的“枪口”,对地球有影响吗?
有学者认为,耀变体区别于类星体,也有人说耀变体就是特殊的类星体。
之所以产生这种分歧,皆是因为其相对性喷流,具有不同的性质。
但归根结底,耀变体的实质是,位于星系中心的超大质量黑洞。
当它疯狂吞噬星系中的物质时,就好像从周围圆盘或球状的电离气体里,汲取了充足的“燃料”,然后铆足了劲,以惊人的速度其喷射而出。
其中一些,被外沿两束反方向的喷流,可以加速到接近光速。当其中一束喷流恰好指向地球,在我们看来,这个星系就表现得特别明亮。
1929年,加拿大天文学家,就在朗朗夜空中发现了这样一个,光度不断变化的天体!
鉴于当时的认知,人们将它暂时将其归为了银河系里的一颗变星。但随着射电望远镜的不断发展,人们发现它的光谱具有很高的红位移。
这表明,这个天体的距离远在宇宙学尺度之上,很可能不在银河系之内,而且光度很高,远远高于普通的星系。
于是,科学家单独给它起了个名字,叫“蝎虎座BL”。这便是耀变体的一种——“蝎虎座BL型天体”的最初原型。
另一种,是光学聚变类星体。关于两者的区别,目前比较普遍的说法是,它们在辐射量丰度上存在差异。
前者和较弱的电波星系有关,后者则是和较强的电波星系相关。那么这种巨量辐射是如何形成和喷流的呢?
2017年,科学家对现有被发现的几个耀变体,进行了详细的观测。
其中,距离我们最远的耀变体,有130亿光年,几乎就是在宇宙诞生伊始形成的。距离我们最近的,也有119亿光年,可见它们非常古老。
不仅如此,它们的质量也多是太阳的10亿倍!而且每秒钟释放的能量,就相当于太阳自身31年的能量消耗,换句话说就是,只要一分钟就能烧尽一个太阳,而太阳燃尽自己,则至少需要数百亿年才能完成!
而耀变体喷射的动力来源,则是“中央引擎”的超大质量黑洞。
在引力的作用下,黑洞吞噬物质。黑洞周围的气体朝黑洞下落,受角动量影响,形成了一个围绕黑洞的吸积盘。
吸积盘具有耗散作用,当气体被加热到很高的温度,同时不断损失角动量时,物质能量会逐渐下落到黑洞中央,与此同时释放出巨大的引力能。
通常是以电磁波的形式辐射出来,其中主要是以光子、电子、电子和其他粒子形式进行的非热辐射。
由于激烈的喷射,和黑洞的强磁场和辐射风的共同作用,这些能量基本上被束缚,并在吸积盘两端,沿法线方向以单一方向注入空间,便形成了相对论喷流。
其速度可以接近光速,非常激烈。就如同,对准我们的“枪口”一般。但是由于他们距离地球,实在太远了,所以这些辐射要想到达地球,至少还要50亿年,目前对人类并无伤害。
关乎宇宙和未来
近些年,科学家花大力气研究耀变体。不是给耀变体“拍照”,就是给耀变体“远程体检”,对前沿科学究竟有何指导意义呢?
今年一月份,中科院上海天文台领衔的中外天文学家团队,成功捕捉到耀J0906+6930来自宇宙遥远的信号,并绘制出了高分辨率图像。
而且在《自然》杂志发表了相关论文,对进一步研究耀变体这种宇宙中,最活跃的天体现象,做出了贡献。
另外,天文学家们还通过观测,能够度量宇宙深度的红移数值,来观测5个新耀变体。从3.3增加到4.31的红移值,意味着我们现在探测到的它们的光线,分别是在宇宙年龄19亿岁和14亿岁的时候开始发出。
这些十亿多倍于太阳质量的黑洞物质,有可能是在朝黑洞最后一跳之前,持续落入和被捕获到吸积盘中,并被加热的。
这对科学家提出了新的问题:这些巨大的黑洞,是如何在一个如此年轻的宇宙中形成的?是什么机制触发了它们的迅速成长?对于这一问题的深入研究,或可解开宇宙演化之谜。
另外耀变体的深入研究,对科学家进一步确定哈勃常数的范围,也有着相对直接的关联。
哈勃常数的进一步确定,将对人类掌握宇宙的膨胀速度,起到至关重要的作用。甚至有可能在未来的某一天,直接影响宇宙未来的命运。