类星体的剧烈活动是由星系中的黑洞引起的吗?如果是这样,那么在许多普通星系中心发现黑洞是否意味着所有星系都曾是类星体?

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新泽西州普林斯顿高等研究院的罗兰·范·德·马雷尔一直在研究这个问题。他的回答是:

“类星体是在20世纪60年代发现的。这个名字是‘准恒星’或‘准恒星天体’的缩写,指的是类星体通常是点源(像恒星一样),没有可观测的范围。类星体的辐射被极大地拉伸,或发生红移,这意味着这些物体非常遥远——它们的光线被拉伸被认为是宇宙整体膨胀的结果。为了在如此遥远的距离仍然可以被我们看到,类星体必须产生巨大的能量,但它们又必须足够小,看起来像点一样。”

“一些星系的中心包含非常明亮、紧凑的区域;这些天体被称为活动星系。类星体的光谱特性与这些活动星系中心区域的光谱特性非常相似。因此,天文学家长期以来一直认为,类星体是只能看到明亮核心的星系。最近用哈勃太空望远镜进行的观测证实了这一假设:高对比度的图像首次清晰地显示了类星体嵌入其中的星系。”


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“能够产生类星体和活动星系巨大能量输出的最合理的机制是物质吸积到大质量黑洞上。当气体落入黑洞时,它会形成一个圆盘,由于摩擦,圆盘会变得非常热;这个过程会根据爱因斯坦的方程 E = mc2释放能量。这个类星体工作原理的标准模型得到了非常有说服力的证据的支持,这些证据表明在一些活动星系的核中存在巨大的暗天体。因此,绝大多数专业天文学家都确信,类星体的剧烈活动确实是由黑洞引起的。”

“现在回答问题的第二部分,‘在许多普通星系中心发现黑洞是否意味着所有星系都曾是类星体?’几乎所有的类星体都是在高红移处看到的。因此,当我们看到它们时,它们还很年轻:它们非常遥远,所以它们的光花了很长时间才到达我们这里。在当前时代,类星体非常罕见。因此,类星体一定演变成了我们在今天大量看到的其他东西(即在宇宙中相对近的部分)。它们最有可能演变成的物体是正常的、静止的星系。如果是这种情况,那么正常的星系应该仍然像类星体一样在其核心中拥有巨大的黑洞,但这些黑洞现在应该缺乏燃料。”

“对包括我们银河系在内的几个正常星系的观测提供了存在此类黑洞的证据。我们目前还不知道的是,所有正常星系中有多少曾经经历过类星体阶段。要回答这个问题,我们需要对大量‘正常’星系进行高空间分辨率的光谱观测,这将揭示巨大中心黑洞的存在。现在可以使用STIS光谱仪获得这类信息,该光谱仪是美国宇航局宇航员最近安装在哈勃太空望远镜上的。未来几年,有几个小组将尝试回答这个问题。”

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