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                    《科學24小時》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    旨在向全國廣大群眾,特別是具有中等文化程度的廣大青年,普及科學技術知識,繁榮科普創作,啟迪思想,開拓視野。

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                    哈尼天體——類星體的綠色幽靈

                    2017-12-05 14:37:00

                      1999年7月23日,錢德拉太空望遠鏡成功升空,作為人類的“眼睛”觀測著宇宙空間。作為一類特殊天體,黑洞一直是錢德拉太空望遠鏡的重要觀測目標,但在一個遙遠且超大質量黑洞周圍,科學家卻發現了一個奇特的“天文奇景”——“宇宙幽靈”。

                      科學家表示,這個奇怪的天體產生了超乎尋常的高能量。他們認為,這是由黑洞噴射的放射物質所形成的,而這些物質在逐漸消失之后仍彌漫著X射線物質,從而形成了詭異的“宇宙幽靈”。

                      小星系里住著大黑洞

                      上世紀六十年代,天文學家發現了一種特殊天體。它們在遙遠的宇宙邊緣,快速地向宇宙外側奔跑,其速度極快,幾乎能達到光速的一半。這種奇怪的天體被人們稱為“類星體”。它就是個三不像——從照片圖像上看,它像恒星但又肯定不是恒星;從光譜像上看,它像星云但又肯定不是星云;從無線電輻射像上看,它像星系但又肯定不是星系。

                      類星體還有一個奇特之處,就是從釋放能量的多少來看,它們肯定能躋身星系一級的天體之列,其能量甚至是不少普通星系的千倍以上。類星體的超常亮度能使光能在100億光年外被觀測到。但是,它的體積又比星系小得多,只有星系大小的幾十萬分之一,甚至能被塞進太陽系里。一般來說,在宇宙空間中,體積越大的天體往往擁有越大的能量,為何類星體小小的軀體內會蘊藏著如此巨大的能量,它的能量又是從哪里來的?長期以來,這些問題讓天文學家困惑不解。

                      有人認為,那里的巨大恒星很多,它們連續發生超新星爆炸導致了這些能量的產生;還有人認為,那里的恒星數量多,會連續碰撞產生能量;但最靠譜的說法還是和黑洞有關。

                      論起知名度,類星體當然趕不上黑洞,但要是論神秘性,類星體絕對不輸于黑洞。越來越多的證據表明,類星體實際上是一類活動星系核,在星系的核心位置有一個超大質量的黑洞。類星體并不大,但是黑洞卻很大。也就是說,小星系里面居住著一個大黑洞,而黑洞在里面興風作浪。在黑洞的強大引力作用下,附近的塵埃、氣體以及一部分恒星物質圍繞在黑洞周圍,形成了一個高速旋轉的巨大吸積盤。

                      吸積盤旋轉纏繞,在最中心的區域,物質源源不斷地落入黑洞,并伴隨著巨大的能量輻射,形成了物質噴流,向吸積盤上下兩側噴涌。如果這些噴流剛好正對著地球,那我們就能觀測到類星體,也就能看到它所發出的不可思議的能量了。

                      星系動物園里的青蛙

                      也許你會認為,只有當類星體的能量在噴發時,我們才能觀測到它。之前,許多天文學家也是這樣認為的。不過,我們現在需要改變這種認識。事實上,它在不噴發能量的時候,我們還是能“看見它”,只不過無法看到它的“真身”,只能看見它的“幽靈幻象”。來自荷蘭的一位普通女教師哈尼·范·阿克爾就首先發現了這樣的“幽靈”。

                      哈尼并非天文學家,充其量只能算是個天文學愛好者。2007年,她參加了一個名為“星系動物園”的項目。該項目計劃從龐大的數據庫中尋找目標,從星系的顏色和外形入手,對星系進行區別和分類。這個數據庫由斯隆數字化巡天項目建立,目的是對天空中的星系、類星體等各種目標,做一次精細普查。不過,數據庫的數據量是相當龐大的,專業的天文學家根本沒有時間和精力處理這么多的信息,于是研究人員想出了一個好辦法,建立了“星系動物園”項目,熱忱邀請全世界對天文學感興趣的人都來參與。

                      哈尼參加這個項目不久,就發現了一個奇怪的現象。在旋渦星IC 2497旁邊,黑暗的星空中漂浮著一個綠色的斑塊,看起來就像是一只綠色的青蛙。它正在撐開后腿奮力地游向前方光明的地方,而前方就是一個巨大明亮的星系。這是一個讓人費解的圖像,這個綠色斑塊也因為哈尼的發現而被稱為“哈尼天體”。

                      這個像青蛙一樣的哈尼天體其實是一團氣體,它不像是星系中的物質,且距離星系有上萬光年的距離。

                      “星系動物園”里突然冒出了一個“青蛙”,這個消息迅速傳遍了天文學界,而項目本身的參與者也開始了查找工作。很快,他們便陸陸續續地發現了上百個這樣綠色的星系,而這些發現也吸引了美國宇航局和歐洲空間局的關注。由這兩家機構共同管理的哈勃空間望遠鏡為此拍攝了一批纖弱的綠色發光天體。這些發光結構有環狀的、螺旋狀的,還有像辮子那樣纏繞形狀的。并且,它們也處在星系的外側,距離星系中心幾千到幾萬光年。

                      這么多綠色氣體出現在星系外側,絕對不是巧合!因此,越來越多的觀測機構、天文學家都對哈尼天體產生了濃厚的興趣,共同探討“綠色幽靈”的秘密。

                      目前,天文學家普遍認為,類似的星系可能都發生過某些不為人知的劇烈活動。在活動期間噴發出大量氣體,而這些氣體則彌漫在星系周圍,繼續擴散,最終到達星系邊緣。還有一些人則認為,這些綠色的絲狀氣體結構是兩個星系在合并過程中,被引力作用扯斷的潮汐尾,這些龐大的潮汐尾綿延上萬光年,在星系合并結束后,仍長期圍繞宿主星系緩慢旋轉著。

                      綠色是被電離的氧原子

                      其實,目前困擾天文學家的第一難題倒不是星系邊緣出現的氣體,畢竟他們已經想到了好幾種可能,而是至今還沒有人能解釋這些氣體為何是綠色的。

                      綠色是我們這個星球上代表生命的顏色。植物是綠色的,礦物也可以是綠色的,甚至湖水也可能是綠色的。但在宇宙中,我們能看到的星系卻不可能是綠色的。由于量子力學和人類視覺的局限性,我們僅僅能夠感知到紅、橙、黃、白、淡藍這幾個顏色,沒有哪個星球的綠色能夠亮到人眼可見的地步。因此,在過去很長一段時間里,天文學家猜測,星球聚集的星系是不會出現綠色的。但是,哈尼天體卻呈現出了綠色!

                      科學家認為,哈尼天體所顯現的綠色是電離氧原子的顏色。其實,在地球上也會出現這個情況——在高緯度地區,氧原子偶爾會經受來自太陽帶電顆粒的擾動,而為地球的天空點綴上綠色的極光,極光中的綠色就是氧原子顯現出來的。但是,氧原子被電離只能發生在很小的區域內,要想把遙遠星系邊緣的氧原子電離變成綠色,那幾乎是不可能的。

                      星系的能量極少,它們并沒有能力電離星系外側的氧原子,但是類星體就有這個能量。類星體居住在星系核的中心,只不過我們不知道它是類星體,或者說它是已經不再活動的類星體罷了,而它們曾經的活躍,造就了這些“綠色幽靈”。

                      在新一輪查找中,科學家又找到了8個類似的哈尼天體。這些星系的能量都很小,根本達不到電離氧原子的能量(只有所需電離能量的十分之一)。所以,電離的能量絕不可能來自星系本身,只有可能來自居住在星系核中的類星體。

                      宇宙中的綠色燈塔

                      類星體都是極度活躍的星系核,它們擁有的能量比其所在星系高得多。不少人懷疑,也許類星體本身就是一類黑洞。它們盤踞在星系中心,吞噬周圍的物質,同時發出熱量,熱到能發出強烈的輻射。而這些輻射,就會像探照燈那樣照射著星系。

                      在這些光束中,紫外線是最重要的成員,它能將其他塵埃電離。紫外線以光速行走,奔向星系的邊緣,經歷成千上萬年后達到合并星系的邊緣,將星系外側的氣體物質電離。于是,塵埃物質里包含的氧原子也就變成了綠色,哈尼天體也就出現了。星系中心類星體的能量是極大的,也只有它們的能量才能把這么遙遠的氣體電離,致其呈現出幽靈般的綠色。

                      但是,這些綠色的存在僅僅是一瞬間。當星系邊緣的氧元素被電離成為綠色時,在星系的核心,劇烈的活動就已經停止了。讓氧原子繼續被電離,繼續保持綠色已經不可能。因此,這些星系邊緣的綠色就像是幽靈那樣一閃而過,它們的存在時間只有幾千年——相對于星系的壽命來說,也就是一瞬間。

                      原來,是遙遠星系中心的類星體導演了這一切。雖然它們已經不再噴發,但是這些星系邊緣徘徊的綠色斑塊就是它們的幽靈。我們無法斷言類星體已經死亡,它們還在那里,或許只是暫時休眠罷了。

                      這些“綠色幽靈”就像是一群誠實的記錄者,告訴我們那里剛剛發生了大型的吞噬行為;它們又像是優雅的藝術家,絢麗地展現著類星體的強大能量;它們更像是人類的探測器,為我們指引著宇宙深空的奧秘所在——看,綠光就在那里!

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