布莱泽奥特曼第二集冷知识

2023-07-17 07:38 作者:mikeylow 0人读过 | 我要投稿

布莱泽奥特曼第二集大家看了吗？队长在与参谋长讨论关于奥特曼时，队长称之为布莱泽，既是“渺渺银河中的耀变体，从耀眼的光辉中而来”的奥特曼。而布莱泽的翻译则是耀变体，那么这个耀变体到底是什么呢？他是一个怎么样的宇宙能量呢？现在就来解析一下吧。

如果我问大家在宇宙旅行中最不想遇到的是什么，大家应该都想到的，就是黑洞了。不过，对这个直径达到942亿光年的宇宙来说，如果你们觉得最恐怖的是黑洞，那就有点寒酸了。还有一种是比黑洞更为恐怖的天体，那就是今天要说的耀变体。

1929年，加拿大的大卫·邓拉普天文台（David Dunlap Obs.Univ.of Toronto）在宇宙深处发现了一个神秘的天体，它的亮度在不断地变化。当时，人们以为这是一颗银河系的变星，于是按照变星的命名法来给它命名。后来，当射电望远镜的发明越来越强大，科学家再发现，它的变化和变星并不相同，而是类似于黑洞的相对论性喷流。而它的红移值也告诉我们，它远不是银河系内的天体，而是距离我们近30亿光年。于是，科学家单独给它起了个名字——蝎虎座BL（BL Lacertae 或BL Lac）。随着其他类似的天体被发现，科学家们将它们统一称作蝎虎座BL型天体（BL Lacertae-type objects，简称BL Lac object或BL Lac）。所以每一次的发现，都有不一样的称号。直到1978年，天文学家埃德·施皮格尔（Edward A. Spiegel）创造了一个独有的称呼给他们分类，那就是Blazar，翻译则是耀变体。

那么耀变体为什么会比宇宙黑洞还要恐怖呢？我们都知道，黑洞可以捕捉任何靠近它的物质，连一丝微光也不放过，是十分可怕的神秘天体，犹如贪吃的怪兽一样。那么耀变体则是一种拥有十亿倍于太阳质量的“怪兽”。它每分钟都会消耗掉将近一颗太阳的能量，并将喷射流的“枪口”对准了地球。也就是说他比太阳还要更加猛烈，说不定1000颗太阳的能量都比不上这个耀变体。那么耀变体的发现有何意义，它和黑洞以及类星体又是什么关系呢？耀变体目前被科学家认为是一种密度极高的高变能量源，是被假定为是处于寄主星系中央的超大质量黑洞。也是现在已观测到的宇宙中最剧烈的天体活动现象之一，并已成为星系天文学领域的一个重要研究课题。

耀变体是类星体的一种类型，是一个活动星系核（AGN），它和其他类星体最大的不同是具有高偏振和非常快速的亮度变化，并且耀变体的相对论性喷流大致方向会指向地球，所以以我们的视角观测耀变体的话，还会看到大部分的耀变体沿着喷流的方向前几光年处有明显的超光速运动现象。我们知道类星体是遥远星系中的中央超大质量黑洞吞噬周围物质，这些物质（包括气体、尘埃和偶尔出现的恒星）被黑洞捕获并螺旋进入到中心黑洞内，从而形成一个热吸积盘，然后这个吸积盘会将这些物质碾碎了，以光子、电子。正电子和其他基本粒子的形式产生大量的能量。这个能量集中的区域尺寸非常小，只有0.003光年。而吸积盘的尺寸就大得多了，可以达到数十光年的尺寸，吸积盘中包含着高密度的热气体和物质。从地球的角度看，吸积盘会表现为耀变体光谱中的发射线。而且发射线的颜色有所不同，但最常见的就是红与蓝的颜色，我想超人力霸王Blazar身上的红蓝交叉线应该就是代表这样的意思。

另外垂直于吸积盘的方向，是一对相对论性喷流，这两股喷流是在吸积盘和黑洞环形强磁场和强辐射风的共同作用下形成的，主要有高能等离子体构成，这些高能光子和粒子和强磁场共同作用，可以从类星体延伸到数万光年外。构成相对论性喷流的等离子体的整体速度可以达到光速的95~99%。耀变体指的就是这类相对论性喷流指向地球方向的类星体，虽然耀变体距离地球非常遥远，可能在几十亿光年之外，但是因为相对论性喷流非常集中，所以到地球附近的时候，依然会达到一定的强度，并且在地球观测者眼中，耀变体会比它实际的亮度要更亮。

根据科学家的计算，如果耀变体相对论性喷流和我们的视线夹角等于5°，而且喷流物质速度达到99.9%光速的时候，那么地球观测到的耀变体的亮度就是它实际发射亮度的70倍，如果视线夹角为0°，那么亮度就是实际发射亮度的600倍一样。正是因为耀变体的这种特性：人类观测到的耀变体的亮度并不是它的真实亮度，而是由喷流某些特性决定的一种视觉亮度，是一个不稳定的现象。所以当耀变体相对论性喷流中的磁场和高能粒子之间发生一些不同的相互作用的时候，就会导致它的视觉亮度变化很大。耀变体是属于活跃星系核的一种，虽然尺度只有1光年，但其光度却远远超过自己所在的星系。包括蝎虎座BL型天体、类星体、西佛星系等在内的天体，都属于活跃星系核。

从本质上讲，这些活跃的星系核以中心的超大质量黑洞为主。如果硬要说活动星系核，或者说耀变体的本质是黑洞，其实也有道理。当这些黑洞周围的物质被吞噬时，能量会以光子、电子、正电子等粒子的形式释放出来，速度接近光速，而且非常猛烈。在黑洞强大的磁场和辐射风的作用下，这些能量基本上被束缚起来，单向射入宇宙空间，这就是黑洞的相对论喷流。

耀变体的特殊之处在于它们的相对论喷流恰好指向或基本上指向地球。所以，对于我们的地球来说，属于恰好正对着他们的“枪口”，所以显得格外明亮，整体就看起来好像一支长棍插进黑洞一样(其实在队长脑海浮现的记忆就有这样的画面)。自从确定了耀变体分类后，科学家就一直对它们进行不断的观测。除了美国的哈勃太空望远镜兼职观测之外，还有费米伽玛射线太空望远镜做着专职的耀变体观测任务。 2017年，NASA天文学家Roopesh Ojha宣布，费米伽玛射线太空望远镜两年来对几个最原始的耀变体进行了观测，最近的一个距离我们也有119亿光年。其中两个的质量都在太阳的10亿倍以上。它们每秒钟释放的能量，也达到了太阳的20000亿倍。

同时，为了更好地观测耀变体，全世界的科学家展开了宏大的观测项目——VLBI。 VLBI全称叫做甚长基线干涉测量（very long baseline interferometry）,就是利用不同区域的射电望远镜，在时间同步和相位同步的条件下观测，这就相当于构建了一个口径极大的虚拟望远镜。如果这些望远镜的分布在世界的两端，那么就可以看作是一个口径为地球直径的超级望远镜。正是由于很多耀变体存在于宇宙的最深处，意味着它们是宇宙最古老的天体之一。对于一百多亿年前宇宙发生了什么，这些遥远的天体就是最好的见证者。同时对于耀变体的研究，也可以帮助科学家进一步确定哈勃常数的范围。

这将对人类掌握宇宙的膨胀速度起到至关重要的作用，甚至直接影响宇宙未来的命运。天文学家们还通过观测，能够度量宇宙深度的红移数值，来观测5个新耀变体。从3.3增加到4.31的红移值，意味着我们现在探测到的它们的光线，分别是在宇宙年龄19亿岁和14亿岁的时候开始发出。这对科学家提出了新的问题：这些巨大的黑洞是如何在一个如此年轻的宇宙中形成、是什么机制触发了它们的迅速成长？对这一问题的深入研究，或将解开宇宙演化之谜。