类星体(卷名：天文学)
quasar
二十世纪六十年代发现的一种新型天体，它在照相底片上具有类似恒星的像，它的光谱有巨大红移。
发现 1960年，马修斯和桑德奇找到了射电源3C48的光学对应体，在照相底片上，它类似恒星。分光观测表明，它的光谱中有许多宽而强的发射线，当时未能证认出这些谱线。1963年，射电源3C273被证认为一个13星等的类似恒星的天体。M.施米特发现它的光谱与3C48的光谱很类似，并且成功地证认了3C273的谱线。结果表明，它们是地球上熟知的一些元素产生的发射线，但其红移很大，达0.158。3C48的谱线也得到了证认，红移更大，达0.367。随后，又陆续发现了一批性质类似3C48和3C273的射电源。它们在照相底片上呈类似恒星的像，因此被称为类星射电源。光学观测表明，类星射电源的紫外辐射非常强。后来发现一些光学性质类似于3C48和3C273的天体，但它们并不发出射电辐射。这种天体称为蓝星体。类星射电源和蓝星体被统称为类星体。到1979年已发现了1，000多个类星体，其中类星射电源约300多个。
主要观测特点 ①类星体在照相底片上具有类似恒星的像，这意味着它们的角直径小于1″。极少数类星体有微弱的星云状包层，如3C48。还有些类星体有喷流状结构。②类星体光谱中有许多强而宽的发射线，包括容许谱线和禁线。最经常出现的是氢、氧、碳、镁等元素的谱线，氦线非常弱或者不出现，这只能用氦的低丰度来解释。现在普遍认为，类星体的发射线产生于一个气体包层，产生的过程与一般的气体星云类似。类星体的发射线很宽，说明气体包层中一定存在猛烈的湍流运动。有些类星体的光谱中有很锐的吸收线，说明产生吸收线的区域里湍流运动的速度很小。③类星体发出很强的紫外辐射，因此，颜色显得很蓝。光学波段连续光谱的能量分布呈幂律谱形式Iv∝v-α，Iv为辐射强度，v为频率，α为谱指数，常大于零。光学辐射是偏振的，具有非热辐射性质（见热辐射和非热辐射）。另外，类星体的红外辐射也非常强。④类星射电源发出强烈的非热射电辐射。射电结构多数呈双源型，少数呈复杂结构，还有少数是致密的单源，角直径小于0奬001，至今都未能分辨开。致密源的位置通常都与光学源重合。射电辐射的频谱指数α平均为0.75。一般，α >0.4的称陡谱；α<0.4的称平谱。陡谱射电源多数是双源;平谱射电源多数是致密单源，它们的厘米波段辐射特别强。⑤类星体一般都有光变，时标为几年。少数类星体光变很剧烈，时标为几个月或几天。从光变时标可以估计出类星体发出光学辐射的区域的大小（几光日至几光年）。类星射电源的射电辐射也经常变化。观测还发现有几个双源型类星射电源的两子源，以极高的速度向外分离。光学辐射和射电辐射的变化没有周期性。⑥类星体的发射线都有很大红移。迄今为止，观测到的最大红移为3.53(OQ172)。对于有吸收线的类星体来说，吸收线红移z吸一般小于发射线红移z发。有些类星体有好几组吸收线，分别对应于不同的红移，称为多重红移。例如，类星体PHL957的发射线红移为2.69，吸收线红移有五组：2.67、2.55、2.54、2.31、2.23。⑦近年来的观测表明，有些类星体还发出X射线辐射。
红移 大多数类星体的红移大于1。如果把类星体红移z解释为多普勒红移，则退行速度v 可由下式算出：
，式中c为光速，z =3.5时，v 高达0.9c。红移是河外天体共有的特征。因此，绝大多数天文学家认为，类星体是河外星体。红移－视星等关系的统计的结果表明：哈勃定律对于河外星系是适用的。就是说，它们的红移是宇宙学红移，它们的距离是宇宙学距离，它们的红移和视星等是统计相关的。可是，对类星体来说，红移和视星等的统计相关性很差，这就产生了两个彼此相关的问题：类星体的红移是否就是宇宙学红移，类星体的距离是否就是宇宙学的距离。大多数天文学家认为，类星体的红移是宇宙学红移。因此，红移反映了类星体的退行，而且符合哈勃定律。按照这种看法，作为一种天体类型而言，类星体是人类迄今为止观测到的最遥远的天体。持这种观点的人认为，类星体红移-视星等的统计相关性很差的原因，在于类星体的绝对星等弥散太大。如果按照一定的标准将类星体分类，对某种类型的类星体进行红移-视星等统计，则相关性便会显著提高。支持宇宙学红移的观测事实还有：已发现三个类星体分别位于三个星系团里，而这些类星体的红移和星系团的红移差不多；类星体与某些激扰星系（如塞佛特星系）很类似；蝎虎座BL型天体是一种在形态上类似恒星的天体，以前认为它们是银河系内的变星，现已确定，它们是遥远的河外天体。
少数天文学家认为类星体的红移不是宇宙学红移。这种观点所依据的观测事实有:某些类星体和亮星系(它们的红移相差很大)的抽样统计结果表明，它们之间存在一定的统计相关性;某些类星体（如马卡良星系205）似乎同亮星系之间有物质桥联系，而二者的红移相差极大。持这种观点的人对红移提出过一些解释。例如，认为类星体是银河系或其附近星系抛出来的，因此认为类星体红移是多普勒红移，而不是宇宙学红移。也有人认为，类星体红移是大质量天体的引力红移。还有一些理论认为类星体的红移可能是某种未知的物理规律造成的，这就向近代物理学提出了所谓的红移挑战。
能源和粒子加速 类星体的射电辐射无疑是同步加速辐射，光学辐射也很可能是同步加速辐射。至于类星体的红外辐射，尚有待进一步研究，但至少有一部分可能仍是同步加速辐射。如果类星体的红移是宇宙学红移，它们的光度（包括射电、红外线、可见光直至 X射线）将达1046～1047尔格/秒，是迄今为止观测到的辐射功率最大的天体。类星体的寿命，估计约为106年。因此，高能电子和磁场的总能量将高达1062尔格。现在普遍认为，高能电子来源于类星体的中心区域。但是，从光变资料估计出的类星体光学辐射区域的大小，只有几光日到几光年，也就是1015～1017厘米。高能电子源一定更小。因此，这里就有两个尖锐的问题：①为什么这样小的面积能发出这么巨大的能量？②高能电子产生的机制是什么？为了解释这些问题，已经提出了许多种理论模型。一种模型是恒星碰撞，认为在类星体中心，恒星的空间密度极高，经常发生碰撞，从而释放能量。但对于碰撞释放的能量怎样转化为高能电子的能量这一点，并不清楚。由于超新星爆发时要释放大量的高能电子，就有一种观点认为，恒星碰撞后会粘合在一起，形成质量越来越大的恒星。大质量恒星迅速演化为超新星，然后爆发，释放高能电子。恒星碰撞模型要求有很大的恒星数密度（高达1011/秒差距3），这是它的一个严重困难。另一种模型是质量约为108太阳质量的大质量星。这种星的光度可达1046尔格/秒左右，但能谱将是热辐射的，这就不能说明观测到的幂律谱。另外，这种星也很不稳定。后来又提出一种有磁场而且在自转的大质量星模型，称为磁转子。磁转子是稳定的，具有很高的光度。同时，由于自转，磁力线会扭结，最终产生中性线（见磁合并）或中性片（见电流片），并导致爆发。这可用来解释类星体的光变。不过，光变应该是周期性的，这又同观测结果相矛盾。此外，还有黑洞吸积、白洞、物质-反物质湮没等模型。迄今为止，尚无一种令人满意的模型。
类星体和活动星系 活动星系（又称激扰星系）都有一个处于剧烈活动状态的核。活动星系核在许多方面都与类星体相似：体积很小;光谱中有很强的发射线;发出从射电波段到X射线波段的非热辐射;经常有光变和爆发现象等等。因此，类星体本质上可能是某种活动星系，观测到的类星体现象是星系核的活动。当然，如果类星体位于宇宙学距离，那么，它们的活动会比一般活动星系更为剧烈，功率更大。类星射电源的射电性质类似射电星系和N星系。后二者一般属于巨椭圆星系。因此，有些天文学家猜测，类星体是遥远的巨椭圆星系。就光学性质而言，类星体酷似Ⅰ型塞佛特星系。因此，现在更倾向于类星体是遥远的塞佛特星系这种看法。
吸收线 产生类星体的吸收线的原因可能有两种，一是吸收线产生于类星体附近的气体云，这些气体云是从类星体抛出来的。二是吸收线产生于类星体和观测者之间的某些河外天体。这些河外天体同类星体可能毫无关系。对于z吸≤z发的类星体来说，第一种可能性大；对于z吸┚z发的类星体来说，第二种可能性大。不过，类星体的吸收线很窄，对应的湍流速度只有每秒10公里左右，其原因尚不清楚。
超光速现象 已经发现 3C345等几个类星射电源的两致密子源以很高的速度分离。如果类星体位于宇宙学距离，两子源向外膨胀的速度将超过光速，最大的可达光速的10倍。有人认为，类星体并不位于宇宙学距离，这就根本不会出现超光速现象。但是观测发现，有一个射电星系也存在类似的超光速现象，而射电星系无疑位于宇宙学距离。可见这种看法的证据尚不充分。另一种看法认为，超光速现象是存在的。但是，为了不与相对论矛盾，认为这种现象并不反映粒子的真实运动，而是某种“假象”，因而是“视”超光速膨胀。目前，已提出好几种模型来解释视超光速现象，但都不能彻底解决问题。
参考书目
G. Burbidge and M. Burbidge， Quasi-Stellar Objects， W.H.Freeman，San Francisco，1967.
G.B.Field et al.，The Redshift Controversy，W.A.Benjamin Inc.，Mass.，1973.
H. L. Shipman，Black holes，Quasars， and the Universe， Houghton Mifflin Co.，Boston，1976.