天文學家利用美國國家航空暨太空總署的哈伯太空望遠鏡的非凡能力，對類星體的中心進行了前所未有的觀察，類星體是一個由吞噬附近物質的超大質量黑洞驅動的發光星系中心。這些新的哈伯觀測結果揭示了類星體周圍有趣而意想不到的特徵。

美國國家航空暨太空總署的哈伯望遠鏡捕捉到了類星體3C 273前所未有的細節，突顯了其中心黑洞附近的複雜結構和高能量噴流，為類星體及其星系環境的力學研究提供了新的視角。 資料來源：NASA、ESA、任斌（蔚藍海岸大學/法國國家科學研究中心）、John Bahcall（IAS）、Joseph DePasquale（STScI）

業餘天文愛好者可以觀測到一個被稱為3C 273 的非凡天體，它是透過標準後院望遠鏡觀測到的最遙遠的目標。 3C 273閃耀著數萬億個太陽的光芒，距離我們超過20億光年。 今天，我們認識到它是一個活躍星系的耀眼核心，由一個吞噬大量物質的超大質量黑洞驅動。

然而在1963年，3C 273還是個謎。 天文學家馬騰-施密特（Maarten Schmidt）在註意到它強大的電波輻射後，對它進行了研究。 透過當時最先進的望遠鏡，它很像一顆恆星，但它的光線呈現出奇怪的特徵。 宇宙的膨脹將它的光線拉伸為紅色波長，這種現象稱為宇宙學紅移。 這使得3C 273 位於驚人的25 億光年之外–對於一顆普通恆星來說太遙遠了。 施密特的發現引進了一類新的天體：類星體或準恆星天體。 它們巨大的亮度和能量輸出是以前從未見過的，挑戰著我們對宇宙的理解。

早在幾十年前的1929年，天體物理學家詹姆斯-簡斯爵士（Sir James Jeans）就提出了這樣的理論：星係明亮的中心可能充當”白洞”，將物質從另一個維度輸送到在我們的宇宙中。 然而，我們現在知道事實恰恰相反。 類星體由超大質量黑洞驅動，它們會貪婪地吞噬周圍的物質。 它們是更廣泛的活動星系核群的一部分，對於了解星系的形成和演化至關重要。

最近利用哈伯太空望遠鏡進行的觀測提供了對類星體的新認識。 哈伯望遠鏡敏銳的成像捕捉到了距離3C 273黑洞16000光年範圍內的不尋常結構，包括細絲、裂片和一個神秘的L形結構。 其中一些可能是小型衛星星系落入黑洞的殘餘物，黑洞的質量接近9 億太陽。 天空中散佈著至少一百萬個類星體，這些耀眼的天體仍然是一個重要的研究領域。 這一切都始於3C 273，它是迄今為止發現的第一顆類星體，為了解宇宙中能量最大的現像打開了大門。

哈伯太空望遠鏡拍攝的類星體3C 273 的核心影像。 哈伯望遠鏡上的日冕儀擋住了來自類星體中心超大質量黑洞的眩光。 這讓天文學家看到了黑洞附近前所未有的細節，如奇怪的細絲、裂片和神秘的L形結構，這可能是被黑洞吞噬的小星系造成的。 3C 273 位於25 億光年之外，是1963 年發現的第一顆類星體（準恆星天體）。 資料來源：NASA、ESA、Bin Ren（蔚藍海岸大學/法國國家科學研究中心）、John Bahcall（IAS）、Joseph DePasquale（STScI）

法國尼斯蔚藍海岸天文台和蔚藍海岸大學的任斌（Bin Ren）用”怪異”來形容這些發現。 所有這些特徵都位於距離黑洞1.6萬光年的範圍內，讓人們對圍繞這些高能量宇宙現象的混亂環境有了新的認識。

其中一些天體可能是黑洞周圍的小型衛星星系，因此它們可以提供吸積到中央超大質量黑洞的物質，為明亮的燈塔提供能量。 “多虧了哈伯的觀測能力，我們為了解類星體打開了新的大門。我的同事們都很興奮，因為他們以前從未見過這麼多細節。”

類星體看起來就像天空中的點光源（因此被稱為類恆星天體）。 新研究中的類星體3C 273 於1963 年被天文學家馬騰-施密特（Maarten Schmidt）確認為第一顆類星體。 它距離地球25 億光年，對恆星來說太遙遠了。 它的能量一定超乎想像，其光度比最亮的巨橢圓星系還要亮10倍以上。 這為我們揭開了宇宙學中一個意想不到的新謎題： 是什麼驅動了這個巨大能量的產生？原因很可能是黑洞上的物質吸積。

由不同哈伯儀器拍攝的類星體3C 273 的兩張影像。 頂部是3C 273 的WFPC2 影像。 它看起來就像一盞明亮的白色汽車前燈。 在4 點鐘位置有一個線狀的橙白色煙霧狀特徵，這是從一個看不見的星系黑洞中心的類星體噴射出來的銀河系外噴流。 標題下方的色鍵顯示了創建影像時使用了哪些濾光片，以及每種濾光片對應的顏色： F450W 為藍色，F606W 為橘色。 右下角的指南針箭頭顯示影像在天空中的方位；向北箭頭指向11 點鐘方向；向東箭頭指向8 點鐘方向。 左下角的刻度條標示”15 弧秒”上的”182000 光年”。 底部面板中的STIS 日冕儀影像與WFPC2 影像大致相同，但色調為藍色。 黑色圓圈擋住了類星體的眩光。 在黑洞附近可以看到藍色的絲狀物質。 星系外噴流仍然可見。

1994 年，哈伯的新銳視角顯示，類星體周圍的環境遠比最初懷疑的要複雜得多。 影像顯示，類星體和伴星系之間發生了星系碰撞和合併，碎片層層墜落到超大質量黑洞上。 這重新點燃了驅動類星體的巨大黑洞。

對哈伯來說，凝視類星體3C 273 就像直視刺眼的汽車大燈，並試圖看到一隻螞蟻在它周圍的邊緣爬行。 這顆類星體發出的能量是一個星系中恆星全部能量的數千倍。 3C 273 是距離地球最近的類星體之一，距離地球25 億光年。 (如果它離地球非常近，只有幾十光年，那麼它在天空中就會像太陽一樣明亮！）。

哈伯的STIS 儀器可以充當日冕儀，阻擋來自中心光源的光線，這與日全食期間月球阻擋太陽強光的方式並無二致。 天文學家曾利用STIS 揭開恆星周圍的塵埃盤，以了解行星系統的形成，現在他們可以利用STIS 更了解類星體的宿主星系。 哈伯冠狀成像儀使天文學家能夠比以往任何時候都更接近黑洞八倍。

科學家們對該類星體長達30萬光年的銀河系外物質噴流獲得了罕見的洞察力，這些物質以接近光速的速度在太空中噴射。 透過比較STIS 日冕儀資料和間隔22 年的STIS 存檔影像，任曉平領導的研究小組得出結論：當噴流遠離這個怪物黑洞時，它的移動速度更快。

“透過精細的空間結構和噴流運動，哈伯彌補了小尺度射電干涉測量和大尺度光學成像觀測之間的差距，因此我們可以在觀測上邁出一步，更全面地了解類星體的宿主形態。線索，”任說。

天空中至少散佈著一百萬個類星體。 它們是各種天文觀測的有用背景”聚光燈”。 類星體在宇宙大爆炸後約30 億年最豐富，當時星系碰撞較常見。

哈伯太空望遠鏡三十多年來一直是天文發現的基石，徹底改變了我們對宇宙的認識。 作為美國國家航空暨太空總署（NASA）和歐洲太空總署（ESA）的合作項目，哈伯望遠鏡圍繞著地球運行，捕捉令人驚嘆的圖像和數據，加深了我們對從遙遠星係到黑洞等宇宙現象的認識。

哈伯望遠鏡由位於馬裡蘭州的美國太空總署戈達德太空飛行中心管理，並得到了丹佛洛克希德-馬丁航太公司的支持，它的運作是國際團隊合作和先進工程技術的見證。 望遠鏡的科學運作由巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所（STScI）負責，該研究所由天文學研究大學協會管理。 透過其開創性的發現，哈伯仍然是探索宇宙的重要工具，並激勵著一代又一代的科學家和愛好者。

編譯自/ ScitechDaily