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宇宙 “明亮灯塔” 的探索之路:类星体的发现与天文意义

2025-09-02
        20 世纪 60 年代,射电天文学的蓬勃发展为人类打开了观测宇宙的新窗口。在此之前,恒星与一类特殊天体始终难以区分,直到剑桥射电天文学研究小组陆续出版三份无线电源目录,天文学家才得以着手精准定位这些神秘的射电信号源 —— 类星体的探索大幕,也由此缓缓拉开。

        最初,天文学家将目光聚焦于射电源 3C 273,发现它在可见光波段酷似恒星,却在射电波段释放出强烈辐射。1963 年,美籍荷兰天文学家马丁・施密特深入分析其光谱,注意到宽幅的发射线与吸收线,最终确认这些发射线是氢原子巴尔末线系向红端移动的结果。这一发现让 3C 273 成为首个被光谱识别的类星体,马丁・施密特也因此被视作类星体研究的奠基人。起初,这类天体被命名为 “准恒星射电源”(QSO),1964 年邱宏义将其改称为 “类星体”,直到 1970 年,这个名字才在天文学界广泛流传开来。

 

        作为宇宙中最亮的天体,类星体的亮度令人惊叹 —— 其光度是普通星系的 50 至 100 倍,更是太阳这类恒星的 1000 亿倍。它与脉冲星、宇宙背景辐射、星际有机分子并称为 20 世纪 60 年代四大天文发现,为天文学研究开辟了全新领域。根据活动星系核统一模型,类星体本质是一类特殊的活动星系核,中心由质量达太阳几百万到几十亿倍的超大质量黑洞主导,黑洞周围环绕着气体吸积盘;当吸积物脱离盘体时,会以电磁辐射形式释放覆盖全电磁波段的巨大能量,这也解释了其超高亮度的来源。此外,类星体还具有高红移(范围 0.1-7)、光变周期从几天到数年、全波段发射、致密核区呈点源图像等特征,独特的属性让它成为研究宇宙的重要 “探针”。

        在现代天文学中,类星体的研究价值不可替代。通过它,科学家能深入探索吸积盘运作机制、黑洞形成与演化、黑洞自旋及双黑洞系统,还能分析黑洞与寄主星系的关联;其吸收线可用于研究不同红移处的星际与星系际介质,大样本类星体则为探索宇宙大尺度结构、重子声学震荡提供数据支持;高红移类星体更是研究宇宙早期形成演化、早期再电离及星系起源的关键线索。不仅如此,射电强的类星体因位置精准,还能作为天体测量的参考架,为空间天文与深空探测的发展提供助力。

 

        随着观测技术的进步,天文学家不断优化类星体候选体预选方法,多色截断、紫外超、红外超、机器学习等手段相继应用,推动了类星体发现数量的激增:帕洛马 – 格林亮类星体巡天发现百余颗,大型亮类星体巡天发现千余颗,中国郭守敬望远镜(LAMOST)DR5 发现约两万颗,美国斯隆数字巡天(SDSS)DR16 更是发现了 75 万余颗。红外探测器的发展还助力了高红移类星体的发现,目前已知最遥远的类星体红移达 7.085。不过值得注意的是,尽管类星体最初在射电波段被发现,却有 90% 属于射电宁静型,仅 10% 射电辐射较强。

        尽管类星体发现数量已颇为可观,但样本仍集中于低红移区域,高红移类星体因亮度较暗而相对稀缺。而暗弱的高红移类星体,恰恰是研究宇宙边缘黑洞与寄主星系关系、黑洞与核球共动演化的重要对象。未来,随着 eROSITA、WFXT 等下一代望远镜的投入使用,类星体发现数量有望实现千倍增长。这些新的探索成果,将帮助人类更深入地理解宇宙的整体图景,在天文研究的道路上迈出更远的步伐。

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