你能想象黑洞以每天一個(gè)太陽的速度進(jìn)食有多恐怖嗎？即使是我們的老朋友 —— 具有 65 億倍太陽質(zhì)量的 M87 中心黑洞，它吃掉一個(gè)太陽也要花費(fèi) 10 年時(shí)間。一個(gè)十年，一個(gè)一天，究竟是什么樣的饑餓巨獸能有如此饕餮之口？
都說“天上的星星數(shù)不清”，其實(shí)夜晚的天空（即使在理想情況下），能用肉眼識(shí)別的星星也就那幾千顆。假如你有相機(jī)等設(shè)備加持，那這里完全是另一番景象。尤其是在巡天望遠(yuǎn)鏡眼中，原本漆黑一片的太空，此時(shí)用“璀璨”一詞來形容一點(diǎn)不為過。
起初人們認(rèn)為除了金星、木星這些比較明亮的行星外，天上的星星幾乎都是銀河系內(nèi)的恒星。后來 1924 年，埃德溫?哈勃在一個(gè)星云中發(fā)現(xiàn)了一顆特殊的恒星（造父變星 V1），經(jīng)過距離測算，這家伙和我們的距離已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了銀河系尺度。后來人們意識(shí)到，那個(gè)星云根本就不是什么星云，而是距離我們最近的大星系 —— 仙女座星系。至此人們才體會(huì)到宇宙是多么的廣闊，天上的亮點(diǎn)除了是銀河系里的恒星外，也有可能來自其他星系。
上世紀(jì) 50 年代，隨著射電天文學(xué)的發(fā)展，天文學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了一些特殊的天體。這些天體原本在可見光波段就是一個(gè)暗淡的小點(diǎn)，有時(shí)候甚至啥都看不到，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)判斷，它們應(yīng)該就是一些遙遠(yuǎn)的恒星。然而意想不到的是，在紅外線（尤其是無線電波段），這些原本不起眼的小點(diǎn)此時(shí)卻表現(xiàn)得十分耀眼。
尤其是 1963 年，當(dāng)人們發(fā)現(xiàn) 3C 273 這顆“恒星”竟然有著高達(dá) 0.158 的紅移后就再也坐不住了：這到底是個(gè)什么玩意兒，竟然隔著 20 多億光年還能如此耀眼？超新星爆發(fā)也沒這個(gè)能力啊！于是人們暫時(shí)把這種類似恒星的天體稱之為“類星體（Quasar）”。
類星體的亮度有多夸張？就拿這個(gè) 3C 273 來說，它的光度是太陽的 20 萬億倍，是整個(gè)銀河系的 1000 倍！當(dāng)時(shí)的人們哪知道宇宙里還有這等怪物，面對(duì)此情此景天文學(xué)家們紛紛表示：來活了！
很快，人們對(duì)類星體究竟是什么提出了各種猜測。經(jīng)過一番比拼，最終基于超大質(zhì)量的黑洞模型拔得頭籌。因?yàn)橥ㄟ^哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的高清照片，人們發(fā)現(xiàn)這東西竟然有吸積盤，甚至還有噴流。
根據(jù)模型，天文學(xué)家計(jì)算出 3C 273 的黑洞質(zhì)量在 2 億~5 億倍太陽質(zhì)量之間，這個(gè)體量的黑洞只能是星系中心的超大質(zhì)量黑洞。在黑洞的強(qiáng)大引力下，它周圍的物質(zhì)在黑洞外面形成了一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的吸積盤。之前說過，吸積盤里的氣體非常稠密，旋轉(zhuǎn)中的吸積盤由于粘滯作用會(huì)向外釋放出大量的能量。論能量轉(zhuǎn)化效率，核聚變來了都得喊聲“大佬”，這便是類星體高亮的原因。
通常來說，越亮的類星體意味著它里面的黑洞越大，吞噬物質(zhì)的速度也就越快，這也是把它們歸為“活動(dòng)星系核（AGN）”的原因。截止目前，已確認(rèn)的類星體大約有 100 萬個(gè)，無論個(gè)頭還是亮度，3C 273 在這里面連個(gè)弟弟都算不上。后來又發(fā)現(xiàn)很多更亮的類星體，有些質(zhì)量甚至達(dá)到了數(shù)百億倍太陽質(zhì)量。
就在前不久（2024 年 2 月），一篇發(fā)表于《自然?天文學(xué)》的文章表示，天文學(xué)家確認(rèn)了一顆迄今為止最亮的類星體（J0529-4351），亮度達(dá)到了太陽的 500 萬億倍！500 萬億倍是個(gè)什么概念？假如你的臺(tái)燈是這個(gè)類星體，那么太陽的亮度相當(dāng)于你站在 2 萬公里外看這盞燈！想象一下這個(gè)類星體得有多亮！
這是一個(gè)紅移在 3.962 的類星體。將近 4 的紅移，意味著它發(fā)出的光需要經(jīng)過 120 億年才能到達(dá)地球。沒錯(cuò)，我們看到的其實(shí)是它 120 億年前的樣子。考慮到宇宙膨脹，如今它距離我們已超過 200 億光年。
當(dāng)時(shí)的宇宙剛剛年滿 18 億歲，但此時(shí)的黑洞卻已大得離譜，足足有 170 億倍太陽質(zhì)量！雖然論個(gè)頭它還不是已發(fā)現(xiàn)的最大黑洞，但論亮度它稱第二沒人敢稱第一。能發(fā)出最亮的光，說明它的吸積盤或許也是最大的。研究人員估算，該黑洞吸積盤的直徑可能達(dá)到了 7 光年！如果太陽是這個(gè)黑洞的話，它的吸積盤甚至快要覆蓋到了比鄰星！
吃個(gè)飯用得著這么大的盤子嗎，這個(gè)黑洞是有多餓？研究人員計(jì)算了下，該黑洞每年要吃掉 413 個(gè)太陽質(zhì)量的物質(zhì)，平均下來一天至少吃 1.13 個(gè)太陽，也就是每秒 4 個(gè)地球！根據(jù)光度計(jì)算，該類星體的吸積效率已經(jīng)幾乎到達(dá)了理論上的極限。因?yàn)槿绻倏斓脑?，吸積盤的輻射壓就會(huì)開始把物質(zhì)吹散，從而阻止進(jìn)食，這一理論上的極限也被稱為“愛丁頓極限（Eddington limit）”。
你說這么特別的一個(gè)目標(biāo)，咋就現(xiàn)在才被發(fā)現(xiàn)呢？
沒錯(cuò)，就因?yàn)樗^于特別了！
類星體數(shù)據(jù)通常來自于巡天項(xiàng)目，對(duì)大片天區(qū)進(jìn)行的觀測會(huì)產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)僅憑人力很難篩選，現(xiàn)在都是通過機(jī)器學(xué)習(xí)來分析。但是了解機(jī)器學(xué)習(xí)的同學(xué)應(yīng)該都知道，機(jī)器也不是一開始就認(rèn)識(shí)類星體，你也要訓(xùn)練它，事先給它喂很多的樣本數(shù)據(jù)。而樣本數(shù)據(jù)的特征往往都是典型的，這就導(dǎo)致一旦機(jī)器遇到特殊類型的情況，它就很難識(shí)別出來。
早先這個(gè)類星體是被歐航局的蓋亞任務(wù)發(fā)現(xiàn)的，但是由于其過于明亮，當(dāng)時(shí)被機(jī)器識(shí)別成了一顆恒星。后來研究人員發(fā)現(xiàn)，這個(gè)“恒星”貌似不大對(duì)勁，有點(diǎn)太遠(yuǎn)了，它該不會(huì)是個(gè)類星體吧？可是類星體見得多了，但這么亮的類星體實(shí)屬罕見。
還記得幾年前，哈勃望遠(yuǎn)鏡曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)過一顆具有離譜亮度的類星體，光度相當(dāng)于 600 萬億個(gè)太陽！但是后來發(fā)現(xiàn)，它之所以這么亮其實(shí)是被引力透鏡效應(yīng)給放大了，經(jīng)過重新計(jì)算，它的實(shí)際光度其實(shí)只相當(dāng)于 11 萬億個(gè)太陽。
最后，經(jīng)過歐洲南方天文臺(tái)（ESO）甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）的再次確認(rèn)，這個(gè)類星體遭遇引力透鏡的可能性被排除。最終該天體被正式歸為了類星體，并賦予了其“最亮類星體”的稱號(hào)。
然而“你有你的想法，宇宙另有想法”，就像超大質(zhì)量黑洞的存在一樣，超出理論預(yù)期的事并不罕見，更亮的類星體就一定不可能存在嗎？而這也正是人類不斷探尋宇宙的原因。人類的認(rèn)知永遠(yuǎn)是具有局限性的，所有的科學(xué)理論說到底都只是當(dāng)前階段的最優(yōu)解，而非最終解。發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，完善理論，這就是科學(xué)一直在做的事！
參考資料：
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Active_galactic_nucleus
[2] https://www.eso.org/public/news/eso2402/
[3] https://www.nature.com/articles/s41550-024-02195-x
[4] https://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso2402/eso2402a.pdf
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/J043947.08%2B163415.7
本文來自微信公眾號(hào)：Linvo 說宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo
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