类星体J0313-1806的想象图 图片来源:NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva
类星体(quasar)是早期宇宙中最耀眼的天体,现在一般认为,它耀眼的光芒是由于活动星系核(active galactic nucleus,AGN)中的超大质量黑洞(supermassive black hole,SMBH)吸积造成的,也正是其极高的亮度让我们能看到极远的类星体。近日,亚利桑那大学领导的一个天文团队就进一步打破了类星体距离的记录。而且在最远类星体的背后,这个诞生于大爆炸后6.7亿年的超大质量黑洞,还向当前的黑洞形成理论发起了挑战。
“类星体”这个名字来源于准恒星状电波源(quasi-stellar radio source)的缩写,20世纪50年代发现这种天体时,它们是可见光照片中类似恒星状态的微弱光点,被认定为未知的电波发射源。它们的亮度非常夸张,是银河系这样普通星系的数千倍。但是其发出的光变化非常迅速,由光速有限推断类星体的尺度不会超过太阳系。也就是说,数千倍于整个银河系的能量集中在太阳系大小的范围内,对此天文学家自然提出了多种假说,其中最广为接受的学说是:类星体是活动星系核中超大质量黑洞吸积造成的。
图片来源:LIGO Virgo Collaboration / Frank Elavsky, Aaron Geller / Northwestern
另一个问题是宇宙的引力波背景问题。如果超大质量黑洞是通过小黑洞一步步合并而来的,那么宇宙中必然充满了黑洞合并产生的引力波,其中也可能会有两个超大质量黑洞合并产生的引力波。许多引力波叠加成宇宙尺度的随机引力波背景,会对时空产生1年量级的周期性影响,通过对脉冲星进行精确周期测量可以检测出这种影响。脉冲星计时阵列十几年来鲜有进展,直到近期,北美纳赫兹引力波天文台(North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves,NANOGrav)在《天体物理学杂志快报》上发表论文,表明他们可能发现了1年量级的引力波背景。如果最终证实他们的数据不是由于误差引起的话,那么的确可能找到了来自超大质量黑洞合并的证据。
用脉冲星计时阵列或许能找到超大质量黑洞合并的证据 图片来源:NASA Goddard Space Flight Center
可以肯定的是,未来的观测还能为我们揭开更多关于类星体的秘密,特别是计划于今年发射的詹姆斯·韦伯空间望远镜(James Webb Space Telescope)。天文学家也希望未来能对宇宙早期的超大质量黑洞进行更深入的研究,了解更多类星体外向流对其宿主星系的影响,并进一步探索早期宇宙中的大质量星系是如何形成的。
参考文献:
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https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/abd8c6/meta
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https://doi.org/10.1111/j.1365-2966.2006.10467.x
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Zaven Arzoumanian et al 2020 ApJL 905 2
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