能變臉的黑洞：類星體身上還掛著三個(gè)懸案，一個(gè)比一個(gè)難解

你敢信嗎？一個(gè)個(gè)頭只比太陽系大幾倍的小東西，亮度居然能碾壓整個(gè)銀河系？上世紀(jì)60年代天文學(xué)家第一次捕捉到它的影像時(shí)，都差點(diǎn)懷疑自己的觀測出了錯。它看起來就是顆平平無奇的恒星，結(jié)果一測光譜，紅移大得離譜，一算距離居然在幾十億上百億光年外。

算下來它能在這么遠(yuǎn)的距離，看起來和普通恒星一樣亮，實(shí)際亮度得有多夸張。普通類星體的光度是銀河系的100倍以上，最猛的能達(dá)到幾千倍。銀河系有2000多億顆恒星，這么小一個(gè)點(diǎn)，直接蓋過整個(gè)星系的所有光。這么說吧，就像你家客廳一個(gè)小燈泡，亮度直接碾壓了一整座城市的所有夜景，夠離譜吧。

當(dāng)年天文學(xué)家直接被難住了，這么夸張的能量到底從哪來？靠恒星那種核聚變嗎？完全不夠看。太陽每秒燒那么多氫，才能安穩(wěn)燒100億年，類星體亮度是太陽的幾十億甚至上百億倍，單靠核聚變根本撐不住。

早年什么反物質(zhì)碰撞、白洞噴射、接連不斷的超新星爆炸都猜過，這些說法要么有理論漏洞，撐不了多久就被推翻，要么根本不符合觀測結(jié)果，最后全都站不住腳。

后來觀測技術(shù)越來越先進(jìn)，設(shè)備靈敏度越來越高，科學(xué)家們才慢慢統(tǒng)一了觀點(diǎn)，類星體其實(shí)就是瘋狂干飯中的活躍星系核心。幾乎每個(gè)大星系中心都藏著一個(gè)超大質(zhì)量黑洞，我們銀河系中心也有，就是那個(gè)有名的人馬座A星，質(zhì)量比太陽重幾百萬倍，只不過現(xiàn)在它躺平了，不怎么吞噬物質(zhì)，安安靜靜的。

類星體中心的黑洞完全不一樣，正處在大吃大喝的活躍期，質(zhì)量最少是太陽的幾千萬倍，多的能達(dá)到幾百億倍。這么大質(zhì)量的大家伙，引力恐怖到?jīng)]法想象，周圍的氣體、宇宙塵埃，就連路過的恒星都會被它硬生生拽過去。

這些物質(zhì)掉進(jìn)黑洞之前，不會直愣愣往里面沖，而是圍著黑洞高速打轉(zhuǎn)，慢慢盤旋著靠近，最后堆成一個(gè)扁扁的圓盤，也就是我們常說的吸積盤。盤子里的物質(zhì)擠在一起，不斷摩擦互相碰撞，溫度瞬間飆升到幾百萬上千萬度，瘋狂往外釋放各種超強(qiáng)光線和輻射。

黑洞本身連光都能吞，根本不可能發(fā)光，我們看到的類星體亮光，全都是黑洞周圍這些被加熱的物質(zhì)發(fā)出來的。簡單理解就是，黑洞就像一頭特別能吃的巨獸，不停拉扯吞噬周圍的東西，這些物質(zhì)還沒掉進(jìn)去就先被扯碎摩擦，這個(gè)過程里爆發(fā)出巨量能量，這就是類星體的由來。

現(xiàn)在大體原理已經(jīng)搞清楚了，研究類星體可不只是為了滿足好奇心，用處大得很。它就像一把用來丈量宇宙歲月的超長尺子，天體紅移數(shù)值越大，距離我們就越遙遠(yuǎn)，它發(fā)出光的時(shí)間也就越早。

比如我們觀測到130億光年外的類星體，此刻到達(dá)地球的光線其實(shí)早在130億年前就出發(fā)了，那會兒整個(gè)宇宙才剛剛誕生8億年左右。一顆顆遙遠(yuǎn)的類星體，就好比散落在太空中的時(shí)間膠囊，讓我們能直觀看到宇宙剛出生時(shí)的原始模樣。

天文學(xué)家通過研究這些古老的類星體，才能一步步弄清楚，宇宙里第一批星系和黑洞是什么時(shí)候誕生的，又是怎么慢慢演化成現(xiàn)在的樣子。宇宙早期的再電離時(shí)代，整個(gè)世界從一片漆黑慢慢變得透亮，類星體被認(rèn)定是當(dāng)時(shí)提供電離能量的核心來源之一。

搞懂類星體，我們就有機(jī)會弄清楚，宇宙最初的第一縷光到底從哪來。它還有一個(gè)更巧妙的用法，那就是當(dāng)天然引力透鏡。愛因斯坦的廣義相對論說，大質(zhì)量物體會彎曲時(shí)空，進(jìn)而改變光線的傳播方向。

當(dāng)一個(gè)前景星系擋在我們和遙遠(yuǎn)類星體之間，星系的引力會把類星體的光扭曲放大，甚至分裂成好幾個(gè)一模一樣的虛像。天文學(xué)家根據(jù)這些虛像的形態(tài)和亮度，就能反推出中間星系的質(zhì)量分布，甚至還能探測暗物質(zhì)。

類星體就像一個(gè)天然信標(biāo)，在百億光年外打了一束光，這束光穿過宇宙，沿途任何一點(diǎn)引力變化都會被我們捕捉到，這比任何人造探測儀器都要好用。所以研究類星體，真的不是什么獵奇愛好，它讓人類有能力稱量宇宙，追溯時(shí)間的起點(diǎn)。

可就算到今天，類星體身上還是掛著好幾個(gè)沒解開的懸案，一個(gè)比一個(gè)讓人撓頭。第一個(gè)就是演化謎題，觀測發(fā)現(xiàn)在宇宙早期類星體數(shù)量特別多，到處都是，到了最近幾十億年，就變得非常稀有。

這說明類星體更像是宇宙年輕時(shí)的產(chǎn)物，那時(shí)候星系碰撞頻繁，周圍氣體足夠豐富，黑洞很容易就能大吃大喝。現(xiàn)在宇宙穩(wěn)定下來，黑洞大多也都安靜下來躺平了。那類星體到底是每個(gè)星系年輕時(shí)的必然階段，還是特殊環(huán)境下撞出來的偶然產(chǎn)物，目前還沒有完美的解釋。

第二個(gè)懸案就是最有意思的變臉，之前有一個(gè)活動星系核統(tǒng)一模型，大概意思就是不同類型的活動星系核本質(zhì)一樣，只是我們觀測的角度不同，所以看起來不一樣。正對著黑洞噴流看是耀變體，側(cè)著看是類星體，再偏一點(diǎn)看就是賽弗特星系，這個(gè)模型之前大家都覺得完美無缺。

最近十幾年天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，有些類星體真的會變臉，幾年甚至幾個(gè)月內(nèi)，光譜類型就變了。本來有明顯的寬發(fā)射線，突然就沒了變成窄線型，過一陣子又變回來。按傳統(tǒng)模型，光譜型由觀測角度決定，觀測角度短時(shí)間內(nèi)不可能自己變，那唯一的解釋就是吸積盤本身的物理狀態(tài)發(fā)生了劇烈變化。

這直接動搖了之前統(tǒng)一模型的根基，現(xiàn)在變臉機(jī)制還是國際天文學(xué)界的爭論熱點(diǎn)，有人說是潮汐撕裂恒星事件導(dǎo)致的，也有人說是吸積盤本身不穩(wěn)定造成的，誰也說服不了誰。

第三個(gè)懸案同樣讓天文學(xué)家頭疼，我們已經(jīng)觀測到不少宇宙誕生不到10億年，就已經(jīng)達(dá)到百億倍太陽質(zhì)量的類星體，這么大質(zhì)量的黑洞，怎么能在宇宙這么短的早期就長到這么大，目前也沒有公認(rèn)的完美解釋。

人類從發(fā)現(xiàn)類星體到現(xiàn)在也就60多年，60多年前我們連它是什么都不知道，今天已經(jīng)能說清它的能量機(jī)制，拿它當(dāng)宇宙探針，甚至還發(fā)現(xiàn)了刷新認(rèn)知的變臉現(xiàn)象。一個(gè)比太陽系大不了多少的小東西能蓋過銀河系，百億年前的光剛好飄到地球被我們看到，這件事本身就足夠奇妙。

參考資料：科技日報(bào) 《探秘類星體：能變臉的黑洞與未解懸案》