布萊澤奧特曼 第二集冷知識
布萊澤奧特曼第二集大家看了嗎?隊(duì)長在與參謀長討論關(guān)于奧特曼時,隊(duì)長稱之為布萊澤,既是“渺渺銀河中的耀變體,從耀眼的光輝中而來”的奧特曼。而布萊澤的翻譯則是耀變體,那么這個耀變體到底是什么呢?他是一個怎么樣的宇宙能量呢?現(xiàn)在就來解析一下吧。

如果我問大家在宇宙旅行中最不想遇到的是什么,大家應(yīng)該都想到的,就是黑洞了。不過,對這個直徑達(dá)到942億光年的宇宙來說,如果你們覺得最恐怖的是黑洞,那就有點(diǎn)寒酸了。還有一種是比黑洞更為恐怖的天體,那就是今天要說的耀變體。

1929年,加拿大的大衛(wèi)·鄧?yán)仗煳呐_(David Dunlap Obs.Univ.of Toronto)在宇宙深處發(fā)現(xiàn)了一個神秘的天體,它的亮度在不斷地變化。當(dāng)時,人們以為這是一顆銀河系的變星,于是按照變星的命名法來給它命名。后來,當(dāng)射電望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明越來越強(qiáng)大,科學(xué)家再發(fā)現(xiàn),它的變化和變星并不相同,而是類似于黑洞的相對論性噴流。而它的紅移值也告訴我們,它遠(yuǎn)不是銀河系內(nèi)的天體,而是距離我們近30億光年。于是,科學(xué)家單獨(dú)給它起了個名字——蝎虎座BL(BL Lacertae 或BL Lac)。隨著其他類似的天體被發(fā)現(xiàn),科學(xué)家們將它們統(tǒng)一稱作蝎虎座BL型天體(BL Lacertae-type objects,簡稱BL Lac object或BL Lac)。所以每一次的發(fā)現(xiàn),都有不一樣的稱號。直到1978年,天文學(xué)家埃德·施皮格爾(Edward A. Spiegel)創(chuàng)造了一個獨(dú)有的稱呼給他們分類,那就是Blazar,翻譯則是耀變體。

那么耀變體為什么會比宇宙黑洞還要恐怖呢?我們都知道,黑洞可以捕捉任何靠近它的物質(zhì),連一絲微光也不放過,是十分可怕的神秘天體,猶如貪吃的怪獸一樣。那么耀變體則是一種擁有十億倍于太陽質(zhì)量的“怪獸”。它每分鐘都會消耗掉將近一顆太陽的能量,并將噴射流的“槍口”對準(zhǔn)了地球。也就是說他比太陽還要更加猛烈,說不定1000顆太陽的能量都比不上這個耀變體。那么耀變體的發(fā)現(xiàn)有何意義,它和黑洞以及類星體又是什么關(guān)系呢?耀變體目前被科學(xué)家認(rèn)為是一種密度極高的高變能量源,是被假定為是處于寄主星系中央的超大質(zhì)量黑洞。也是現(xiàn)在已觀測到的宇宙中最劇烈的天體活動現(xiàn)象之一,并已成為星系天文學(xué)領(lǐng)域的一個重要研究課題。

耀變體是類星體的一種類型,是一個活動星系核(AGN),它和其他類星體最大的不同是具有高偏振和非常快速的亮度變化,并且耀變體的相對論性噴流大致方向會指向地球,所以以我們的視角觀測耀變體的話,還會看到大部分的耀變體沿著噴流的方向前幾光年處有明顯的超光速運(yùn)動現(xiàn)象。我們知道類星體是遙遠(yuǎn)星系中的中央超大質(zhì)量黑洞吞噬周圍物質(zhì),這些物質(zhì)(包括氣體、塵埃和偶爾出現(xiàn)的恒星)被黑洞捕獲并螺旋進(jìn)入到中心黑洞內(nèi),從而形成一個熱吸積盤,然后這個吸積盤會將這些物質(zhì)碾碎了,以光子、電子。正電子和其他基本粒子的形式產(chǎn)生大量的能量。這個能量集中的區(qū)域尺寸非常小,只有0.003光年。而吸積盤的尺寸就大得多了,可以達(dá)到數(shù)十光年的尺寸,吸積盤中包含著高密度的熱氣體和物質(zhì)。從地球的角度看,吸積盤會表現(xiàn)為耀變體光譜中的發(fā)射線。而且發(fā)射線的顏色有所不同,但最常見的就是紅與藍(lán)的顏色,我想超人力霸王Blazar身上的紅藍(lán)交叉線應(yīng)該就是代表這樣的意思。

另外垂直于吸積盤的方向,是一對相對論性噴流,這兩股噴流是在吸積盤和黑洞環(huán)形強(qiáng)磁場和強(qiáng)輻射風(fēng)的共同作用下形成的,主要有高能等離子體構(gòu)成,這些高能光子和粒子和強(qiáng)磁場共同作用,可以從類星體延伸到數(shù)萬光年外。構(gòu)成相對論性噴流的等離子體的整體速度可以達(dá)到光速的95~99%。耀變體指的就是這類相對論性噴流指向地球方向的類星體,雖然耀變體距離地球非常遙遠(yuǎn),可能在幾十億光年之外,但是因?yàn)橄鄬φ撔試娏鞣浅<?,所以到地球附近的時候,依然會達(dá)到一定的強(qiáng)度,并且在地球觀測者眼中,耀變體會比它實(shí)際的亮度要更亮。

根據(jù)科學(xué)家的計(jì)算,如果耀變體相對論性噴流和我們的視線夾角等于5°,而且噴流物質(zhì)速度達(dá)到99.9%光速的時候,那么地球觀測到的耀變體的亮度就是它實(shí)際發(fā)射亮度的70倍,如果視線夾角為0°,那么亮度就是實(shí)際發(fā)射亮度的600倍一樣。正是因?yàn)橐凅w的這種特性:人類觀測到的耀變體的亮度并不是它的真實(shí)亮度,而是由噴流某些特性決定的一種視覺亮度,是一個不穩(wěn)定的現(xiàn)象。所以當(dāng)耀變體相對論性噴流中的磁場和高能粒子之間發(fā)生一些不同的相互作用的時候,就會導(dǎo)致它的視覺亮度變化很大。耀變體是屬于活躍星系核的一種,雖然尺度只有1光年,但其光度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過自己所在的星系。包括蝎虎座BL型天體、類星體、西佛星系等在內(nèi)的天體,都屬于活躍星系核。

從本質(zhì)上講,這些活躍的星系核以中心的超大質(zhì)量黑洞為主。如果硬要說活動星系核,或者說耀變體的本質(zhì)是黑洞,其實(shí)也有道理。當(dāng)這些黑洞周圍的物質(zhì)被吞噬時,能量會以光子、電子、正電子等粒子的形式釋放出來,速度接近光速,而且非常猛烈。在黑洞強(qiáng)大的磁場和輻射風(fēng)的作用下,這些能量基本上被束縛起來,單向射入宇宙空間,這就是黑洞的相對論噴流。

耀變體的特殊之處在于它們的相對論噴流恰好指向或基本上指向地球。所以,對于我們的地球來說,屬于恰好正對著他們的“槍口”,所以顯得格外明亮,整體就看起來好像一支長棍插進(jìn)黑洞一樣(其實(shí)在隊(duì)長腦海浮現(xiàn)的記憶就有這樣的畫面)。自從確定了耀變體分類后,科學(xué)家就一直對它們進(jìn)行不斷的觀測。除了美國的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡兼職觀測之外,還有費(fèi)米伽瑪射線太空望遠(yuǎn)鏡做著專職的耀變體觀測任務(wù)。 2017年,NASA天文學(xué)家Roopesh Ojha宣布,費(fèi)米伽瑪射線太空望遠(yuǎn)鏡兩年來對幾個最原始的耀變體進(jìn)行了觀測,最近的一個距離我們也有119億光年。其中兩個的質(zhì)量都在太陽的10億倍以上。它們每秒鐘釋放的能量,也達(dá)到了太陽的20000億倍。

同時,為了更好地觀測耀變體,全世界的科學(xué)家展開了宏大的觀測項(xiàng)目——VLBI。 VLBI全稱叫做甚長基線干涉測量(very long baseline interferometry),就是利用不同區(qū)域的射電望遠(yuǎn)鏡,在時間同步和相位同步的條件下觀測,這就相當(dāng)于構(gòu)建了一個口徑極大的虛擬望遠(yuǎn)鏡。如果這些望遠(yuǎn)鏡的分布在世界的兩端,那么就可以看作是一個口徑為地球直徑的超級望遠(yuǎn)鏡。正是由于很多耀變體存在于宇宙的最深處,意味著它們是宇宙最古老的天體之一。對于一百多億年前宇宙發(fā)生了什么,這些遙遠(yuǎn)的天體就是最好的見證者。同時對于耀變體的研究,也可以幫助科學(xué)家進(jìn)一步確定哈勃常數(shù)的范圍。

這將對人類掌握宇宙的膨脹速度起到至關(guān)重要的作用,甚至直接影響宇宙未來的命運(yùn)。天文學(xué)家們還通過觀測,能夠度量宇宙深度的紅移數(shù)值,來觀測5個新耀變體。從3.3增加到4.31的紅移值,意味著我們現(xiàn)在探測到的它們的光線,分別是在宇宙年齡19億歲和14億歲的時候開始發(fā)出。這對科學(xué)家提出了新的問題:這些巨大的黑洞是如何在一個如此年輕的宇宙中形成、是什么機(jī)制觸發(fā)了它們的迅速成長?對這一問題的深入研究,或?qū)⒔忾_宇宙演化之謎。

回到布萊澤的劇情,那為什么隊(duì)長會看到那樣的畫面呢?其中有兩種可能,一種是隊(duì)長曾經(jīng)也是太空人之一,在太空遇到耀變體,碰見了奧特曼。另一種則是在他三年前的遭遇,遇到危機(jī)時,布萊澤突然出現(xiàn),用手抓住隊(duì)長的手把他與其他隊(duì)員給救出。但這些只是我的猜測,真相還是需要看之后的劇情如何去發(fā)展。


