类星体，宇宙中最亮的天体

　　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。

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。

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。

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。

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