類星體與黑洞到底有什麼關係?它的中心就是由黑洞構成的嗎?

類星體是一種相當特別的天體,自從發現後就一直困擾著天文學家,類星體到底是什麼樣的天體呢?

3C 273是最新3C產品的編號嗎?

1959年,英國劍橋大學發表第三個無線電波天體目錄(Third Cambridge Catalogue of Radio Sources,簡稱為3C),這是當時最完整的無線電天體目錄之一,目錄中一共有471個天體。這些無線電波天體就以3C加上流水號命名,3C 273就是這個目錄中第273號天體。

天文學家在無線電波發現新的天體時,通常會先去找這個天體在可見光相對應的天體,這是因為天文學家對可見光的天體比較熟悉。這471個天體中,有些是已知會放出無線電波的電波星系和超新星殘骸,例如3C 405是天鵝座A電波星系,3C 461則是仙后座A超新星殘骸。

類星體與黑洞到底有什麼關係?它的中心就是由黑洞構成的嗎?

使用哈伯太空望遠鏡的先進巡天照相機拍攝的3C 273。創建者:NASA/ESA。

不過天文學家對其中一些無線電波源卻是一無所知,例如3C 273。天文學家在仔細比對3C 273的位置後,發現3C 273在可見光是一個像星星的天體,看起來相當於13等星。因為這類的天體看起來像是一顆星星,所以稱它們為「類星體」。

類星體與黑洞到底有什麼關係?它的中心就是由黑洞構成的嗎?

哈伯太空望遠鏡拍攝的3C 273影像,3C 273看起來就像是一顆星,它的十點鐘方向有一個從黑洞噴發出來的噴流。影像來源:NASA

根據光譜的觀測,3C 273的紅位移是0.16,表示3C 273距離我們相當遙遠,即使看起來像顆星星,卻不是屬於我們銀河系,它是距離我們大約24億光年的天體!從3C 273的距離,推算它的亮度大約是銀河系這樣星系的百倍以上!

為什麼類星體那麼亮?

根據天文學家的研究,類星體跟我們的銀河系都一樣是星系,它們的核心都有一個超大質量黑洞,不同的地方是類星體的超大質量黑洞正在吞食吸積盤上的物質,而銀河系內的超大質量黑洞則正在節食。銀河系的能量主要來自於恆星發出的光,而類星體則來自於環繞黑洞的吸積盤,吸積盤上的物質相互摩擦,發出巨大能量!這種產生能量的效率比恆星的核融合反應還要高約十倍以上!這就是為什麼類星體會這麼亮的原因。

類星體與黑洞到底有什麼關係?它的中心就是由黑洞構成的嗎?

類星體中超大質量黑洞的示意圖。超大質量黑洞有一個吸積盤,它在吸積物質時也會形成一股巨大的噴流。圖片來源:NASA

類星體中的超大質量黑洞是怎麼來的?是靠恆星質量黑洞吞食黑洞和恆星而形成的嗎?如果超大質量黑洞是恆星質量黑洞和恆星合併來的,那至少需要數萬顆恆星質量黑洞或恆星合併在一起,黑洞和黑洞(或恆星)之間的距離遙遠,要讓這麼多天體合併在一起相當困難。要如何形成一顆超大質量黑洞?對科學家來說還是一個未解之謎。

文章來源:屋頂上的天文學家

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