类星体红移

天文学术语

20世纪六十年代，天文学家在茫茫星海中发现了一种奇特的天体，从照片看来如恒星但肯定不是恒星，光谱似行星状星云但又不是星云，发出的射电（即无线电波）如星系又不是星系，因此称它为“类星体”。红移：即宇宙大爆炸理论中，所有的形体都在向四周扩散，都在离我们远去；由于多普勒效应，从离开我们而去的恒星发出的光线的光谱向红光光谱方向移动。类星体红移：即上述星体离我们远去的过程。

发展历史

20世纪60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，发射出很强的无线电波。类星体的显著特点是，它在以飞快的速度远离我们而去，因此具有很大的红移。这类天体距离我们都很远，大约在几十亿光年以外，甚至更远，可看上去光学亮度却不弱。可见光区的辐射功率是普通星系的在百上千倍，而射电功率竟比普通星系大上100万倍。对类星体的发现是上个世纪60年代天文学的四大发现之一。起初，人们接收到射电波，却不知道是从哪里发射的。1960年，马修斯和桑德奇找到了射电源3C48的光学对应体，看起来它像是一颗恒星。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。M.施米特发现它的光谱与3C48的光谱很类似,并且成功地证认了3C273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。它们在照相底片上都呈类似恒星的像，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1000多个类星体，其中类星射电源约300多个。

类星体特点

①类星体在照相底片上具有类似恒星的像，这意味着它们的角直径小于1秒。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。②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。③类星体发出很强的紫外辐射，因此，颜色显得很蓝。光学辐射是偏振的,具有非热辐射性质。另外，类星体的红外辐射也非常强。④类星射电源发出强烈的非热射电辐射。⑤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。⑥类星体的发射线都有很大红移。⑦近年来的观测表明,有些类星体还发出X射线辐射。

红移的特征

红移是河外天体共有的特征。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。大多数天文学家认为，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。

形成

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）,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106年。因此,高能电子和磁场的总能量将高达1062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1015～1017厘米。高能电子源一定更小。

问题

①为什么这样小的面积能发出这么巨大的能量？②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大量的高能电子，就有一种观点认为，恒星碰撞后会粘合在一起，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,这是它的一个严重困难。另一种模型是质量约为 108太阳质量的大质量星。这种星的光度可以非常强，但能谱将是热辐射的，这又不能说明观测到的情况。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，最终产生中性线或中性片，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。

影响

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类似射电星系和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。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。

现象

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。

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