宇宙中最迷人的現象：黑洞、類星體和超新星

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浩瀚宇宙中存在著奇異而強大的宇宙事件，可以說徹底改變了我們看待宇宙和自己的方式。超遠距離使得A空間和B空間的比較難以實現。但這並不能阻止人類對恆星的關注，並試圖弄明白這一切。在過去的近三十年里用哈勃太空望遠鏡觀測宇宙。過去一段時間的估計表明，可觀測宇宙中大約有1000到2000億個星系。然一些天體物理學家認為，這可能是低估了宇宙的真實空間，並認為實際上可能有2萬億個星系。

藝術構想圖展示了一個最原始的超大質量黑洞(中央黑點)，它位於一個年輕、恆星豐富的星系核心。圖片：Photo12/UIG via Getty Images

不管怎樣，我們所知道的可觀測宇宙是深不可測的浩瀚，這還沒有考慮弦理論和其他可能的維度。在這個位於遙遠星系中心和距離數百億光年外圍的大宇宙中，人類研究了外太空中一些最迷人的現象。從宇宙中神秘黑洞引擎中噴射出來的類星體，像瀑布一樣落下，垂死的恆星在宇宙中閃耀著比整個星系還要明亮的光芒，這些都是宏觀世界的巨人。

黑洞和類星體爆炸

黑洞是具有不可思議質量和密度的天體，以至於連光都無法逃脫它的引力。黑洞存在的理論已經存在了近兩個世紀。雖然直接看到黑洞仍然是不可能，但是太空望遠鏡的出現使我們能夠間接探測到黑洞。能夠找到黑洞是因為引力對它周圍恆星和行星的影響。科學家已經證明幾乎在每個星系的中心都有一個極有可能的超大質量黑洞。黑洞的大小不一，有些可以像單個原子一樣小，但質量就像山一樣。恆星質量黑洞通常是在超新星爆炸時產生的，超大質量黑洞是太陽質量的幾百萬倍。

藝術概念ULAS J1120+0641吸積盤的描繪，這是一個非常遙遠的類星體，由一個質量是太陽20億倍的黑洞提供動力。

黑洞特性之一就是從星系中心發出的星狀物體爆炸，這是類星體，與其他空間物體相比，這是一個巨大的能量流。這兩事件在宇宙中是相關聯的。哈勃望遠鏡已經能夠更好地區分超大質量黑洞和類星體。一些黑洞質量是太陽的30億倍，周圍有同樣強大的類星體噴流和發光的物質圓盤。歐洲空間局（ESA）天文學家Duccio Macchetto說：哈勃望遠鏡提供了強有力的證據，證明幾乎所有的星系都含有比太陽重數百萬或數十億倍的黑洞。

這極大地改變了我們對星系的看法，相信哈勃在未來十年將會發現黑洞在星系的形成和演化中所扮演角色比今天所認為的要重要得多。誰知道呢，它甚至可能影響我們對宇宙整體結構的看法。長期以來，天體物理學中最令人困惑的問題之一是類星體背後的機制，類星體與黑洞有著內在的聯繫。類星體是「准恆星射電源」的簡稱，是宇宙中已知最亮的天體之一。

天文學家發現了一顆巨大的超新星，它被自己的塵埃所籠罩，在這位藝術圖中，一層由數百年前恆星噴發出來的氣體和塵埃外殼掩蓋了這顆超新星。圖片：Universal History Archive/UIG via Getty Images

大多數類星體都距離地球數十億光年，通過測量光譜來監控它們。雖然我們不知道類星體背後的確切原理，但確實有一些想法，目前科學共識是天文學家一致認為類星體是由吞噬周圍物質的超大質量黑洞產生。當物質被吸入黑洞並旋轉時，大量以x射線、可見光、伽瑪射線和無線電波形式存在的輻射就會被釋放出來。這種由引力拉力和壓力產生攪動混亂的摩擦會爆發，逃逸的能量就會形成類星體。類星體和黑洞之間的聯繫是緊密相連的，超新星還負責「製造」黑洞。

類星體和超新星的歷史發現

類星體於1963年被加州理工學院的天文學家Maarten Schmidt發現，這一發現對支持大爆炸理論很有幫助。施密特在帕洛瑪山天文台工作時發現了第一個類星體。它最初被誤認為是一顆恆星，因為它距離地球數十億光年，這多虧了當時在帕洛馬山的望遠鏡和射電天文學的進步。Maarten Schmidt正在研究一種叫做來源3C 273發出的無線電波。他認為奇怪的是，無線電信號似乎來自一顆恆星。光譜產生了明亮的光譜線和氫氣的釋放，並轉換成不同的波長。紅移和藍移描述了光線如何向不同波長移動，以確定是否離我們更近或更遠。

哈勃定律指出：一個紅移的星體必須位於數十億光年之外，也必須比一百萬個星系還要亮才能在這麼遠的距離上像一顆恆星一樣亮。3 C 273被稱為第一個類星體，在這個發現之後，宇宙中發現了更多的類星體——有些甚至比3C 273還要遠。當我們回顧過去時，科學家們為大爆炸收集了更多證據，並且能夠繪製出早期宇宙中年輕星系的歷史。但這並不是第一次在夜空中被誤認為是恆星的遙遠天體，在人類歷史上的不同時期，甚至在望遠鏡發明之前，人類就發現了一顆被誤認為是普通恆星的超新星。

超新星是一個非常明亮的開始，它只會持續一段時間，這是一顆恆星生命的終結。一顆超新星可以在短時間內比整個星系都亮，並在瞬間產生比太陽更多的能量。最早記錄的超新星之一是由中國天文學家於公元185年記錄，目前被稱為RCW 86，根據記錄，這顆恆星在天空中停留了8個月。根據大英百科全書，在望遠鏡之前，總共有7顆被記錄的超新星。一顆著名的超新星，我們今天所知的蟹狀星雲，在1054年左右在世界各地被發現。韓國天文學家在他們的記錄中記錄了這次爆炸，而美國土著可能是受到了當時他們岩石畫的啟發。這顆超新星是如此的明亮，以至於在白天都能看到。

超新星一詞最早出現在20世紀30年代，是由Walter Baade和Fritz Zwicky發明，當時他們目睹了一顆名為S ANdromedae或SN 1885A的爆炸恆星。超新星是一顆恆星的死亡，宇宙中有很多恆星。據預測，在銀河系這樣的星系中，超新星每隔50年就會出現一次。這意味著一顆恆星很可能每一秒都在宇宙的某個地方爆炸。恆星的死亡方式取決於質量大小。例如太陽還沒有大到足以爆炸並在生命的盡頭變成超新星。另一方面，它將在幾十億年的時間裡演化成為一顆紅巨星。

I型超新星：恆星從附近鄰居吸取物質，引起失控的核反應，從而點燃爆炸

II型超新星：恆星耗盡核燃料，然後自我坍縮，通常形成一個黑洞

科學家們正越來越善於目睹這類事件，2008年天文學家目睹了爆炸的最初過程，多年來一直在預測x射線的爆發，當他們從一開始就觀察到爆炸的演變時，x射線的爆發得到了證實。隨著望遠鏡變得越來越大，越來越先進，將能夠深入研究這些現象所顯示的秘密和複雜性。它們可能很遙遠，但對於理解宇宙的奧秘很重要。

博科園-科學科普｜文：MIKE COLAGROSS/big think

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