星系的奧秘就寫在類星體里

周曉

2020年，位于美國夏威夷的雙子星北座望遠鏡記錄了迄今為止最強大的星體爆炸活動，這股爆炸來自于一顆類星體。科學家對此非常激動，因為這或許能解釋一些宇宙問題。

黑洞存在的進一步證據

類星體是指照片影像類似于恒星、釋放的能量是星系的千倍以上的銀河系外星體。盡管類星體在20世紀60年代就被科學家發現了，但是我們依然對它所知較少。

類星體的中心是質量至少在太陽千萬倍以上的超大質量黑洞，圍繞著黑洞的是由被黑洞吸引的物質所組成的吸積盤。同時，在垂直于吸積盤平面的方向，有兩股以接近光速向外噴射的噴射流，這兩股噴射流叫做天體物理噴射。超大質量黑洞、吸積盤和天體物理噴射，這三個主要部分共同組成類星體。

2020年被發現的類星體的黑洞質量是太陽的8 6億倍，相比之下，銀河系中心的黑洞質量則只有太陽的410萬倍。隨后，由這顆類星體發出的天體物理噴射被雙子星北座望遠鏡觀測到，而這一顆類星體光爆炸活動的強度，是以往科學家觀測到的其它類星體的13倍。這一次對來自于類星體活動的清晰記錄，使科學家對黑洞有了進一步的認識。

如今星系間的氫氣哪里來？

這一顆類星體活動也揭示了，為什么星系之間40%的可見物質是氫元素。早在2004年，科學家就已經發現了在星系之間存在龐大的氫氣體云。當時，科學家認為那是星系形成后遺留下來的氫元素。但是，科學家如今有了新的看法：這些組成氫氣云的氫元素就是來自于類星體的天體物理噴射。那么，天體物理噴射是怎么形成的？

黑洞周圍存在著劇烈的磁場活動。一些氣體物質能從黑洞的磁場中獲得非常強大的能量，被加熱，溫度可達上百萬攝氏度，發生爆炸并釋放光子。生成的光子會撞擊質量較輕的元素粒子，而元素粒子里，最輕的當屬氫元素。有的人或許會有疑問了，光子的撞擊力有那么大嗎，以致于它足以把氫元素撞出星系？

光子撞擊所產生的力是“光壓”的一種。我們用手電筒照自己的時候，盡管我們感覺不到，但實際上，光子也對我們的皮膚表面產生了壓力，而我們感覺不到的原因是因為手電筒照明光子的能量強度太低。如果來到外太空，由太陽帶來的光壓足以使太空探測器偏離預設軌道15000千米。來到太陽內部，也正是因為太陽內部的光子不斷向外跑，撞擊著表面物質，阻止了太陽因自身強大的引力而向內塌縮。

因此，類星體里的光壓撞擊力非常強大，足以將氫元素撞飛，向外噴射，從而形成壯觀的噴射流——天體物理噴射就這樣形成了。

最后，來到星系之間的氫元素又會因萬有引力作用，聚集到一起，形成氫氣云。

恒星的誕生越來越少

為什么自100億年前超級星系形成之后，恒星的形成越來越少？通過對這顆新發現類星體的觀測，天文學家找到了其可能的原因——可能是類星體的氫氣風暴所造成的。

類星體除了中心的黑洞、天體物理噴射，還有一個吸積盤。吸積盤里有各種物質，其中就包括了大量氫氣。這些吸積盤里的氣體從黑洞極其強大的引力那里獲取能量，然后被加熱至上億攝氏度，形成光爆炸。這股光爆炸會驅散位于吸積盤更外圍的氫氣，形成一股時速可達390 0 0千米/秒（相當于光速的13%）的氫氣風暴。這顆類星體的中心黑洞質量更大，以至于氫氣風暴速度比哈勃太空望遠鏡觀測到的更快。

類星體產生的氫氣風暴會席卷整個星系。根據這次觀測，氫氣風暴足以沖散星系里其他部位的氣體云，從而在較大程度上阻止了這些氣體云里的恒星的誕生。

氫氣風暴不只是阻止了恒星的形成，還延緩了星系的成長。由于氫氣風暴不斷驅散星系周圍的氣體云，使得星系難以靠吸引其他氣體來促進自身的成長，所以，如今星系主要靠相互之間的吞噬來擴大自己的規模。兩個星系合并之后，它們的中心黑洞又會合并成一顆更大的類星體，引發一輪更大的類星體活動，而合并之后的星系就更難成長了。因此，如今超大星系的數量并不多。

關于這一顆類星體的研究才剛剛開始，相信不遠的將來，科學家還會有更多的發現。