耀变体（blazar）是什么？
文摘
2024-07-13 07:39
美国
https://www.space.com/what-are-blazars-complete-guide在一个活跃星系的核心，物质落入超大质量黑洞时，不知何故产生了接近光速运动的粒子射流。对于被分类为耀变体的活跃星系来说。（图片来源：NASA/戈达德太空飞行中心概念图像实验室）https://www.space.com/author/elizabeth-fernandezElizabeth是一位自由科学作家。她拥有德克萨斯大学奥斯汀分校的天体物理学博士学位，并曾在世界各地及太空中使用过望远镜。现在她撰写有关天文学、物理学、地质学、数学以及科学技术与社会的文章。摘要（由ChatGPT生成）：耀变体是含有超大质量黑洞的星系核心，能够在电磁光谱的各个波段发出光线。耀变体在1929年被发现，但其性质之前一直不明确，直到1972年被确认与类星体（quasar）相似。它们是宇宙中最亮的物体之一，亮度不可预测地变化。与类星体相比，耀变体较为罕见，已知的耀变体只有大约2800个，而类星体超过一百万个。它们是研究高能物理和早期宇宙的实验室。耀变体是包含超大质量黑洞的星系核心，这些黑洞的大小是太阳的数百万至数十亿倍。它们是宇宙中最明亮和最具能量的物体之一，能够在电磁光谱的各个波段发出光线。1929年，Cuno Hoffmeister发现了一个神秘的物体，命名为BL Lacertae。他不确定如何对其进行分类。这个物体是恒星吗？星系吗？还是新的东西？它的身份几十年来一直是个谜。将近40年后，人们发现这个物体有一个无线电组成部分。1972年，这个物体被发现位于我们银河系之外，与类星体（quasar）非常相似。BL Lacertae是被称为耀变体的一类新物体的第一个。这些是包含超大质量黑洞的星系核心，黑洞的大小是太阳的数百万至数十亿倍。围绕黑洞旋转的物质变平，形成所谓的吸积盘（accretion disk）。在盘的每一端，垂直于盘面，有一束几乎以光速喷射出的高能粒子射流。当我们沿着这些射流向下看时，这些星系看起来最亮，我们看到的是最具能量的粒子。我们称之为耀变体。耀变体的核心如此明亮，以至于它的光芒盖过了星系的其他部分。耀变体是宇宙中一些最遥远和最明亮的物体——比太阳亮数十亿倍。它们通常形成于年轻星系或正在发生碰撞的星系中，因为这些星系有大量物质可以注入它们的黑洞。耀变体有时在短时间内亮度变化巨大，从几分钟到几个月不等，有时亮度增加高达六个数量级。这种亮度变化似乎是随机的，其原因仍然是个谜。耀变体已经被各种望远镜探测到，包括事件视界望远镜（Event Horizon Telescope）和费米望远镜（Fermi telescope），在一系列波长上都有探测到。并非每个含有超大质量黑洞的星系都会被看作耀变体或耀变体。黑洞需要“充分供养”，有大量物质被引导进入其中。随着物质旋转越来越接近黑洞并形成吸积盘，它在紫外线和可见光谱中发光。一些粒子不会落入黑洞，而是被引导进入一对巨大的射流中，这些射流指向相反的方向，垂直于吸积盘。这些射流含有大量以接近光速运动的粒子，形成磁场，这些磁场又随着盘的旋转而扭曲。这些强大的射流在所有波长上都有发射，从无线电波到X射线。此外，当已经具有高能量的光子相撞时，还会产生高能伽马射线。耀变体形成了一些星系极为活跃的核心。它们由一个超大质量黑洞和围绕它旋转的密集物质盘组成，这个盘产生了接近光速的物质射流的能量，这些射流垂直于盘面。如果其中一个射流指向地球，它就会看起来特别亮，其核心就被分类为耀变体。（图片来源：M. Weiss/Cfa）耀变体和类星体在本质上是相同的。两者都是活跃星系，都拥有带有射流的超大质量黑洞。耀变体和类星体之间的区别归结于观测角度。对于耀变体，我们是沿着射流的长度看下去，而对于类星体，射流指向不同的角度。因此，对于耀变体，我们看到的是最具能量的粒子，伽马射线，这使得耀变体在本质上更亮。因为我们必须以正确的角度观察活跃星系才能将其看作耀变体，所以与类星体相比，耀变体是远为更罕见的发现。目前已经记录了超过一百万个类星体和仅仅2800多个耀变体。不，银河系的超大质量黑洞，人马座A*（Sgr*），不是耀变体。要被认为是耀变体，射流需要指向我们的视线方向。Sgr*也不是耀变体。银河系的黑洞目前没有消耗足够的物质，不能被认为是耀变体。不，耀变体对地球或地球上的任何东西都不构成威胁。即使耀变体的亮度是太阳的数十亿倍，它们距离非常遥远。距离地球最近的耀变体之一是Markarian 421，它距离地球1亿3400万光年，亮度为13等，这意味着你至少需要一个15厘米的望远镜才能看到它。NASA的费米航天器在2017年探测到了五个遥远的耀变体（它们的位置在这个NASA视频截图中可以看到）。这些耀变体可以追溯到宇宙年龄在19亿到14亿年之间。（图片来源：NASA的戈达德太空飞行中心/Scott Wiessinger）耀变体是我们无法在地球上模拟的条件的理想实验室。它们是相对论性的，具有高能量，使我们能够探究相对论和非常高能量粒子的领域。耀变体还可以告诉我们关于早期宇宙的条件。尽管有些耀变体拥有的黑洞是太阳的数十亿倍，但它们存在于一个宇宙年龄只有当前的10%的宇宙中。目前我们不知道超大质量黑洞如何能这么快地变得这么大。如果黑洞是由大质量恒星的坍缩形成的，它们通过吞噬物质和与其他黑洞碰撞来增长到这些大小是非常困难的。这表明可能有其他机制在起作用，这可能为我们提供了关于最初的恒星和星系是如何形成的线索。从国家射电天文台查看宇宙中最遥远的耀变体射流的图像。了解耀变体内部发生了什么。阅读并观看NASA的费米望远镜是如何发现最极端和最遥远的耀变体的。NASA’s Imagine the Universe! Blazars https://imagine.gsfc.nasa.gov/observatories/satellite/compton/blazars.htmlL. Costamante, “Blazars: an updated review”, Proceedings of Science, https://pos.sissa.it/362/035/pdfRenato Falomo, Elena Pian, and Aldo Treves, “An optical view of BL Lacertae objects”, The Astronomy and Astrophysics Review, https://link.springer.com/article/10.1007/s00159-014-0073-zA.P. Marscher, “Variability of Blazars and Blazar Models over 38 Years,” Galaxies, https://www.mdpi.com/2075-4434/4/4/37B.S.P. Shen and P.D. Usher, “Photometric History of BL Lacertae,” Nature, https://www.nature.com/articles/2281070a0P.A. Strittmatter, et al. “Compact Extragalactic Nonthermal Sources”, Astrophysical Journal, https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1972ApJ...175L...7S/abstractA. Tramacere and G. Tosti, “The physics of relativistic jets in the CHANDRA and XMM era,” New Astronomy Reviews, https://www.sciencedirect.com/topics/physics-and-astronomy/blazars
