30. 什么为类星体的喷发提供能量来源？What powers quasars?

类星体（quasar，也可以写成 quasi-stellar object 或 QSO)是一种活跃的高亮度星系核。一般认为类星体是在1962年由加州理工学院的Maarten Schmidt首次发现并确认的奇异星体。类星体中心由一个超大质量的黑洞组成，黑洞周围环绕着绕轨道运行的气体吸积盘。当吸积盘中的气体被黑洞吞噬时，在垂直方向会形成物质喷流，伴随着巨大的电磁辐射能量从中心释放出来。类星体所发出的电磁辐射几乎跨越了电磁波谱的整个波段，在无线电、红外、可见光、紫外线和X射线波段都能观测到电磁辐射能量（如图1所示）。

图1 类星体的喷发图像（来自网络侵删）

借助望远镜镜，我们发现几乎每一个巨大的星系中心，都会有一个由超大质量物质形成的黑洞。黑洞强大的引力可以将任何形式的电磁辐射吸收，也就是光也无法逃出黑洞的引力，所以一般星系中心的黑洞都是彻底黑色的。但对于某些活跃的星系，其超大质量的黑洞核会通过其强大的引力不断吸引周围绕其旋转的气体物质，形成环绕黑洞的吸积盘。2011年11月8日，借助哈勃空间望远镜，天文学家们首次拍摄到围绕遥远黑洞的盘状构造。那些吸积盘中被强大引力吸入黑洞的气体物质在进入黑洞后被黑洞的引力肢解塌缩，从而释放出强大的物质流和电磁辐射，所以类星体是宇宙中最为明亮的星体之一，其辐射出的巨大电磁能量是银河系总体辐射亮度的几千倍。

图2 类星体JO3-1806图像（来自网络侵删）

类星体是一种光度极高的星体，所以其距离地球很远也能被人类观测到，所以在地球上观测到的类星体大都在距离地球数十亿光年之外。2015年03月03日，中国天文学家为主的科研团队发现了一颗距离地球128亿光年，具有430万亿倍太阳光度、中心黑洞质量约为120亿个太阳质量的超亮类星体，这是人类目前已观测到的遥远宇宙中发光最亮、中心黑洞质量最大的类星体。2017年12月，距离地球最远的J1342+0928类星体被发现，它距离地球超过130亿光年。由于我们所看到的这颗类星体的光应该是130亿年前发出，所以根据宇宙年龄可以推算出它应该出现在宇宙大爆炸后6.9亿年的时期，对这样年轻的类星体的观测可以揭示星系如何随时间演化的信息。

图3 类星体爆发示意图（来自网络侵删）

所以类星体作为宇宙中最强大的能量喷泉，虽然可以推测类星体不断向外喷发的强大能量是从坠入超大质量黑洞的吸积物质中获得的，但进入黑洞的物质究竟是通过何种机制驱动了类星体不断向外喷高发高速的物质流和电磁辐射的，这些高能的物质流和电磁辐射究竟是如何达到这么高的能量以至于能够脱离黑洞的强大引力而向外超常喷发，被类星体吞噬而落入黑洞的物质到底经历了怎样状态的变化，目前谁也不知道其中的具体细节，所有的解释目前都只是一种合理的猜测和假设。