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

  • 今天,他们获颁国家最高科学技术奖

  • 沿着埃德加·斯诺的足迹看当代中国

独家策划

推荐阅读
水的氢键强度及动力学过程全量子效应研究:在一滴水中探寻物理之美 在王恩哥看来,物理学研究有一个很大的特点,就是它能把复杂的事情简单化,并且抓住其中最本质的问题——这就是物理学的魅力所在。
2026-07-09 09:51
而这一切的起点,要回到半个世纪前——在中国科学院物理研究所那间废弃的鸡舍里,陈立泉铺开了这张后来冠绝全球的“电动”蓝图。自1981年起,在中国科学院的持续支持下,实验室瞄准真正实用的锂电池,牵头组织并承担了一系列国家重大项目。
2026-07-09 09:51
谈及荣获国家最高科学技术奖,贲德谦虚地说:“这不是我个人的奖,而是所有‘雷达人’的荣誉。从原理探索到技术攻关再到雷达建造,10余载春秋,为了研制代号“7010”的远程相控阵雷达,贲德与团队闯过了一个又一个难关。
2026-07-09 09:50
发展数智经济,通过促进科技创新和产业创新深度融合培育新质生产力。为此,笔者建议,应从要素供给、产业融合、创新转化和制度保障四个方面发力,把数智经济的技术势能转化为新质生产力的发展动能。
2026-07-09 09:50
耄耋之年,她坐着轮椅来到采访室,一身深蓝素装,神情温和。她,就是“七一勋章”获得者、中国工程院院士、中南大学教授钟掘。1960年,钟掘毕业后来到岳麓山下的中南矿冶学院,一头扎进被人称作“傻大黑粗”的冶金机械行业。
2026-07-09 09:49
中国科协第十一次全国代表大会是在“十五五”开局之年召开的一次重要会议,是科协系统和广大科技工作者的一次盛会。实践充分证明,我国科技工作者始终胸怀祖国、服务人民、勇攀高峰、敢为人先,不愧为党和国家充分信赖的优秀队伍和建设科技强国的中坚力量。
2026-07-09 09:49
从安装智能芯片的比赛用球,到协助裁判的视频技术,再到支持百万球迷转运的中国列车……这支“中国队”被美国消费者新闻与商业频道誉为世界杯供应链“不可或缺的一环”。
2026-07-08 10:08
7月7日是小暑节气,恰逢年度“最小太阳”现身天宇。当日凌晨2时左右,地球过远日点,这是一年中地球距离太阳最远的位置,这天观测到的太阳视直径为全年最小。
2026-07-08 10:06
近日,西南石油大学新能源与材料学院光伏材料与技术科研团队传出好消息:其研发的小尺寸超高效叠层太阳能电池光电转换效率接近35%,大幅超越常规太阳能电池的光电转换效率。
2026-07-08 10:04
目前,大连海事大学已与72家行业单位建立联合培养,共建162个专业实践基地、4个工程技术中心,聘任600余名企业导师,真正实现“工程出题、校企共答、产业阅卷”。
2026-07-08 09:52
一生钢铁报国,一生慷慨无私。崔崑院士走了,但他留下的,是钢的筋骨,是火的温度,是一颗永远滚烫的赤子之心。
2026-07-08 09:45
在河北雄安人工智能产业园的一楼展厅里,一台工业机器人正利落地演示货物搬运,机械臂精准而有力;楼上,键盘敲击声此起彼伏,研发人员专注地写着代码。产业园一年前才“开业”,如今已成为人工智能公司发展的产业高地。这里诞生的国内首个处理结构化数据的通用大模型,适用于多个工业场景;这里诞生了便携式颅脑出血检测分析仪,让医学检查更加快捷便利……
2026-07-07 09:44
从“争第一”的局部超越,到“创唯一”的向上突围,再到“守专一”的产业韧性,这三重创新路径相互交织,共同勾勒出中国从“世界工厂”迈向“创新引擎”的壮阔图景
2026-07-07 09:42
近日,在内蒙古阿拉善盟额济纳旗东风镇古日乃嘎查的航天育种试验基地内,曾搭载实践十九号卫星的荒漠肉苁蓉“太空种子”,在地面选育试验中取得关键进展——首批试验植株成功开花。
2026-07-07 09:40
高校专业目录的更新,绝非简单的名称变动,而是立足国家需要、顺应产业发展、面向科技前沿之举。新农科教育已不再是单纯的“种地养猪”,而是要有系统思维和交叉学科背景,特别是打破农学、工学、理学等传统学科壁垒。
2026-07-07 09:39
夏日时节,我们有时会看到湖泊或水库的水面被一层厚厚的绿色“油漆”覆盖,水体浑浊还伴有一股怪味。“这种差异解释了为什么蓝藻水华会出现种群层面的快速崩溃,‘死亡信号’一旦扩散,就会迅速引发整片区域的蓝藻种群崩溃,也解释了为什么蓝藻水华会‘突然消失’。
2026-07-07 09:36
天问二号探测器历经约400天、行程约10亿千米的“追星”之旅,于近日与小行星2016HO3成功交会,到达距离小行星20千米处,开始科学探测。
2026-07-06 10:03
发射节奏加快、组网进程提速……近段时间以来,商业航天领域捷报频传,产业发展动能持续增强。
2026-07-06 09:54
航运活跃,满载着中国经济的蓬勃生机,也给水上交通安全带来更大挑战。今年以来,我国海事部门接连推出新举措,通航管理越来越精细高效。
2026-07-06 09:53
6月25日,科技部党组书记、部长阴和俊作了“建设科技强国支撑高质量发展”专题报告,现以问答形式摘要刊发。
2026-07-06 09:50
加载更多