点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:类星体,宇宙中最亮的天体
首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

类星体,宇宙中最亮的天体

来源:光明网2021-05-10 09:35

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  类星体的发现得益于二十世纪六十年代射电天文学的发展。在此之前,人们无法区分恒星和类星体。截止1959年,剑桥射电天文研究组已经发表了3个射电源星表。天文学家准备确定这些射电源的精确位置,首先对射电源3C 273展开了详细研究,发现它在可见光波段类似恒星,在射电波段辐射较强。

类星体,宇宙中最亮的天体

图1. 类星体3C 273的图像(图源:网络)

  1963年,旅美荷兰天文学家Maarten Schmidt对3C 273进行了光谱观测,发现其具有宽发射线和吸收线,其中的发射线其实就是位置向红端移动的氢原子的巴尔末线系,通过与静止系中的巴尔末线系比较,他最终定出了发射线的红移。因此3C 273是第一颗被光谱证认的类星体,Maarten Schmidt也由此被称为发现类星体的第一人,从此拉开了发现类星体的序幕。

  类星体最早命名为“quasi-stellar radio sources”,简写为QSO。Hong-Yi Chiu 于1964年将其改为“quasars”,即类星体。直到1970年,类星体这个名称才被大家广泛接受。

  类星体的光度是星系的50到100倍,具有太阳光度的恒星的1000亿倍,因此称为宇宙中最亮的天体。类星体与脉冲星、宇宙背景辐射和星际有机分子被誉为20世纪60年代四大天文发现。它们的发现翻开了天文学研究的新篇章。

类星体,宇宙中最亮的天体

图2. 类星体3C 273的光谱 (图源:网络)

  按照活动星系核统一模型(见图3),类星体是活动星系核的一种,中心被质量为太阳质量数百万到数十亿倍的超大质量黑洞主导,黑洞被一个气体吸积盘包围。当中心黑洞从吸积盘中吸积物质时,能量以电磁辐射的形式释放出来,电磁辐射覆盖整个电磁波段。类星体辐射的能量是巨大的;最亮的类星体的光度是像银河系样的星系的数千倍。类星体的红移很大,红移反映了退行,因此类星体的红移是宇宙起源的。

类星体,宇宙中最亮的天体

图3. 活动星系核统一模型 (图源:网络)

  类星体具有如下特征:

  1 活动星系核的一种

  2 中心黑洞主导

  3 高红移(0.1-7)

  4 高光度(1042-1048erg/s)

  5 光变,时标从天到年

  6 全电磁波段发射

  7 具有明亮的致密核区,图像呈点源

  8 光谱具有强而宽的发射线

  9 具有非热辐射连续谱,连续谱呈幕律形式

  类星体在现代天文学研究中具有重要的研究价值。通过研究类星体可以研究吸积盘、黑洞的形成和演化、黑洞自旋、双黑洞、黑洞与寄主星系的关系、Kα谱线轮廓等;类星体的吸收线可以作为研究不同红移处的星际及星系际介质的探针;大样本的类星体可以研究宇宙大尺度结构、重子声学震荡;高红移类星体有助于研究宇宙早期的形成和演化,宇宙早期再电离,星系的形成与演化等。

  另外,由于射电强的类星体位置的精准性,可以作为天体测量的参考架,这对于发展空间天文和深空探测等都具有重要的应用价值。

类星体,宇宙中最亮的天体

图4. 700个类星体在静止坐标系下的平均光谱 (图源:网络)

  随着大型观测仪器的投入和使用,为了提升仪器的观测效率,天文学家优化了输入星表。目前预选类星体候选体的方法林林总总,有多色截断方法、紫外超、红外超、自行、射电和X射线波段搜寻、光变、机器学习方法等。

  人类在类星体的发现方面取得了骄人的成绩,如:帕洛马-格林亮类星体巡天(The Palomar-Green Bright Quasar Survey,简称BQS)发现了一百多颗,大型亮类星体巡天(the Large Bright Quasar Survey,简称LBQS)发现了一千多颗,两度视场类星体红移巡天(2-degree Field (2dF) QSO Redshift Survey,简称2QZ) 发现了两万三千多颗,中国的郭守敬望远镜(英文the Large Sky Area Multi-object Fiber Spectroscopic Telescope,缩写为LAMOST)DR5发现了约两万颗,美国的斯隆数字巡天(the Sloan Digital Sky Survey,简称SDSS)DR16发现了750 414颗。

  红外探测器的发展促进了高红移类星体的发现。目前发现的最遥远的类星体红移7.085(Mortlock, D. J.; et al. 2011,Nature)。尽管类星体是在射电波段发现的,但是90%的类星体是射电宁静的,只有10%是射电强的。

  既然类星体已经发现了这么多颗,是否已经足够?实际上,尽管数量上看起来不少,但是类星体样本大部分集中在低红移,高红移样本大大缺乏。红移越高,类星体越暗。在探测器超出星系探测极限时,一些遥远的类星体仍然可以探测到。暗弱的类星体有利于研究本宇宙之外的黑洞与寄主星系关系、黑洞与核球共动演化等。所以我们有必要进一步提高类星体的发现效率,尤其高红移类星体。

  综上所述,可见类星体发现的数量增加遵循摩尔规律。下一代的望远镜将促进类星体数量以千倍的量级增长,如eROSITA和WFXT (a Wide-Field X-ray instrument)。随着类星体观测数量的增多,尤其高红移类星体样本的增加,我们在对宇宙的整体理解上将更上一个新台阶。

  作者简介:张彦霞,中国科学院国家天文台研究员、首届国际天文统计学会会士、现任北京天文学会第十六届理事会监事、国际天文联合会B3委员会“天文信息与天文统计”专委会组织委员会委员、国际杂志Frontiers in Astronomy and Space Sciences副编辑。主要从事天文信息与天文统计、天文大数据、机器学习在天文学中的应用等方面的研究。

  文稿编辑:赵宇豪

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 追寻红色足迹 深学党建思想

  • 青岛邮轮母港开启暑期首航

独家策划

推荐阅读
生成式人工智能正以前所未有的力量重塑全球高等教育。面对这把“双刃剑”,如何在教育赋能与风险防控之间找到平衡,探索适应人工智能时代的高校治理路径,是全球高校共同面对的时代命题。全球高校对生成式人工智能的治理逐渐超越单纯的技术风险防控,迈向关于价值、规则与能力的系统性重构。
2026-07-02 09:20
今后钢铁厂、水泥厂、数据中心等用电大户,不能再随心所欲地使用煤电了,必须消费一定比例的可再生能源。长期以来,我国可再生能源产业发展重心锚定发电侧扩张,风电、光伏装机规模连年攀升,绿色能源供给能力实现跨越式增长。
2026-07-02 09:44
截至目前,全国配发832套流动科技馆,巡展7956站,服务公众2.57亿人次;科普大篷车累计配发1880辆,下沉乡镇及偏远地区,开展活动49.6万次,服务基层公众达4.07亿人次,行驶里程6188.5万公里,相当于绕地球1547圈。
2026-07-02 09:19
国家能源局日前发布《中国供电发展报告2026》,其中显示,我国已建成全球规模最大的电力供应体系,居民用户和小微企业告别了“花钱办电”的历史,人民群众用电获得感明显增强。
2026-07-02 09:40
农机装备是观察我国农业现代化水平的窗口,映射着农业新质生产力在田间地头的蓬勃脉动。用新技术、新场景锻造新农具,推进农机装备全程全面升级,一定能让更多农民挑上“金扁担”。
2026-07-02 09:22
随着SpaceX上市,太空算力再度成为全球科技竞争新焦点。据报道,中国已推动12颗计算卫星实现在轨运行,它们是于2025年5月14日发射升空的全球首个太空计算卫星星座。抓住机遇、乘势而上,中国完全有底气在这场太空算力竞赛中,跑出自己的加速度。
2026-07-01 09:38
电动汽车还与人工智能、新型电力电子技术加速融合,推动车辆从传统交通工具向智能能源终端转变。面对旺盛市场需求,中国电动汽车凭借完整产业链、智能化优势及快速交付能力,正改写全球汽车市场格局,成为稳定全球供应链的关键力量。
2026-07-01 09:33
中国世赛焊接团队全力对标产业升级需求,将比赛成果转化为实际应用,积极探索技能人才成长成才的实践路径。依托10余年的积淀与科学化的集训机制,中国焊接世赛团队终于迎来突破时刻,先后斩获第41届世赛银牌、第42届世赛优胜奖,并在第43届赛事中勇夺该项目的首金。
2026-07-01 09:29
短短几年,林场里农家乐和民宿如雨后春笋般涌现,如今增加到40多家,形成了一条远近闻名的“溪水农家院一条街”。每天午后,我都会沿着林场整洁的步道溜达溜达,一路景色宜人,一路自在惬意。
2026-07-01 09:26
国家税务总局30日发布最新数据显示,今年1至5月份,我国具身智能产业发展向好,呈现多方面亮点。目前,全国近九成具身智能产业企业集中在广东、北京、上海、浙江、江苏,其余少量分布在辽宁、山东、陕西、安徽等10个省市。
2026-07-01 09:24
在6月27日举行的首届西部商业航天大会现场,陕西西安高新区管委会主任陈辉端着一台银灰色的火箭发动机模型走向发布台。“我们要实现星箭总体环节的突破,大力引进培育卫星总体、火箭总体企业,支持卫星智能制造工厂和商业火箭总装线建设。
2026-06-30 10:01
近日,“共和国勋章”获得者、我国著名水稻专家袁隆平相关话题上了热搜。袁隆平带领我国科研工作者,通过雄性不育遗传工具,攻克了利用杂种优势的世界性难题,创建了系统化、原创性的杂交水稻育种体系,开辟出利用水稻杂种优势的新道路,有力保障了国家粮食安全。
2026-06-30 10:01
国家能源局29日发布数据显示,今年1至5月,全国累计完成电力市场交易电量30573亿千瓦时,同比增长24.8%。1至5月,从交易范围看,省内交易电量24361亿千瓦时,同比增长28.5%;跨省跨区交易电量6212亿千瓦时,同比增长12.2%。
2026-06-30 10:01
教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。在资源配置方面,需要强化规划衔接、政策协同,推动教育、科技、产业等多部门资源在人才培养这一共同目标下统筹配置。
2026-06-30 10:00
今年入夏以来,雷电、暴雨、大风等强对流天气轮番登场,其瞬间释放的破坏力令人心生畏惧。若身处人流密集区域,同行人不牵手,应立即进入安装有防雷装置的建筑物、金属车身的汽车等安全区域。
2026-06-30 10:00
美国核能初创企业Antares宣布,其在爱达荷国家实验室安装的小型模块化核反应堆“Mark-0”首次测试达到临界状态,成为特朗普政府发布加速核电发展行政命令以来,第一个突破这一门槛的新型反应堆设计。
2026-06-29 09:43
目前,油田油水井、站库的数字化覆盖率已分别超过97%和93%,物联网将油气生产的每一个末梢都纳入了智慧之网。
2026-06-29 09:41
中国共产党党员、中国工程院院士、著名金属材料专家、华中科技大学教授崔崑同志,因病医治无效,于2026年6月26日在武汉逝世,享年101岁。
2026-06-29 09:40
科学家成功把一束在纳米尺度下被高度囚禁的光,变成了一把能感知原子级形变的超级“尺子”,对材料内部埋藏的微小变形实现了无损探测。
2026-06-29 09:40
27日,国家重大科技基础设施“聚变堆主机关键系统综合研究设施”最大的超导部件——环向场磁体在安徽省合肥市完成最后制备工艺,并通过专家验收。
2026-06-29 09:37
加载更多