消失的类星体案例

早期宇宙中十几个类星体似乎在短短几年内就停止了活动,这让天文学家感到困惑

天文学家在观测宇宙时,认为他们发现了十几个类星体正在“消失”——这些类星体是非常明亮且遥远的天体,其能量来自古老星系中心的贪婪的超大质量黑洞。或者至少它们正在转变为其安静和较暗的对应物:核心是饥饿黑洞的星系。这一惊人的发现让天文学家们开始思考,这些天体是永久关闭,还是只是暂时熄灭。

去年,美国宇航局戈达德太空飞行中心的斯蒂芬妮·拉马萨(当时在耶鲁大学)发现了一颗类星体亮度变化幅度创纪录。她在梳理斯隆数字巡天的数据时发现,一颗类星体的亮度在短短10年内减弱了六倍。它的光谱也发生了变化,从经典的类星体变成了普通的星系。

天文学家们认为,早期宇宙中很常见的类星体,最终都会转变为平淡的星系。“活动星系核”的命名有助于理解其中的原因。类星体属于一个更大的天体类别,即活动星系核,所有这些天体的能量都来自活跃吞噬物质的超大质量黑洞。自然地,活动星系核会变得不活跃:经过数万年,黑洞会耗尽可以吞噬的气体和尘埃,因此类星体会变暗并变得安静。


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活动星系核会变得不活跃的想法本身并没有什么争议。拉马萨和她的同事们所怀疑的是,类星体是否可能在短短10年内从活跃状态变为不活跃状态。如此巨大的变化应该发生在远超人类寿命的时间尺度上。他们寻找不同的解释,但没有找到任何让他们满意的解释。因此,当拉马萨在2015年1月在西雅图举行的美国天文学会会议上展示她的结果时,引发了天文学界的一股热潮,他们试图解释她发现的消失的类星体,并寻找新的类星体。

今年3月,德国马克斯·普朗克地外物理研究所的安德里亚·梅洛尼研究了拉马萨的神秘天体,并提出它根本不是一个典型的类星体。梅洛尼认为,一颗恒星从超大质量黑洞附近经过时被迅速撕裂,导致爆发了一次明亮闪光,被天文学家误认为是类星体。这种事件产生的光会在短短几年内消失。虽然这个解释符合时间尺度,但一些天文学家发现这个论点存在问题。约翰斯·霍普金斯大学的理论家朱利安·克罗利克并没有参与梅洛尼或拉马萨的研究,他指出,超大质量黑洞不一定会以梅洛尼提出的方式撕裂一颗恒星。“质量更大的黑洞可以整个吞噬一颗恒星,”他说,如果发生这种情况,就不会有闪光。

拉马萨在1月份的演讲引发了足够的争议,另外三个团队进行了他们自己的研究,寻找更多所谓的“变脸类星体”的例子。9月份,每个团队都将论文发布到了arXiv上,这是一个天文学和物理学界使用的预印本服务器。三个团队——一个由宾夕法尼亚州立大学的杰西·鲁诺领导,一个由华盛顿大学的约翰·阮领导,另一个由爱丁堡大学的切尔西·麦克劳德领导——发现了十几个新的变脸类星体例子。所有这些都是使用不同的方法发现的。

但是,即使有了这些例子,这些天体是暂时关闭还是永久关闭仍不清楚。一个答案可能有助于天文学家更好地掌握气体和尘埃如何首先流入黑洞的具体细节,以及为什么这个过程会随着时间波动。最终,它可以阐明帮助塑造星系(包括我们自己的星系)的过程。

就他而言,克罗利克认为,变脸类星体最可能的解释是简单的变化。从统计上讲,天文学家碰巧在这些寿命数十亿年的天体永远熄灭的那一刻观察到它们的可能性非常小。我们已经知道类星体会闪烁,亮度变化幅度高达三倍,克罗利克说。六倍的变化——虽然无法解释——也不算太离谱。而且,12个新发现的天体中,有一个不仅消失了,而且重新出现了。克罗利克认为,这颗孤独的类星体重新出现的原因与它熄灭的原因相同:流入黑洞的气体和尘埃发生了变化。

下一步将是看看新发现的十几个天体在未来几年是否会变亮。一些团队还希望进行有针对性的调查(而不是偶然的档案搜索)以寻找更多天体。尽管这可能会产生更多有价值的结果,但档案搜索表明,旧图像中可能隐藏着有趣的东西。“我认为,那里有所有这些未开发的数据,如果只是我们知道要寻找什么,它可能会带来真正棒的发现,这真是太酷了,”拉马萨说。

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