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類(lèi)星體的發(fā)現得益于二十世紀六十年代射電天文學(xué)的發(fā)展。在此之前，人們無(wú)法區分恒星和類(lèi)星體。截止1959年，劍橋射電天文研究組已經(jīng)發(fā)表了3個(gè)射電源星表。天文學(xué)家準備確定這些射電源的精確位置，首先對射電源3C 273展開(kāi)了詳細研究，發(fā)現它在可見(jiàn)光波段類(lèi)似恒星，在射電波段輻射較強。
圖1. 類(lèi)星體3C 273的圖像（圖源：網(wǎng)絡(luò )）
1963年，旅美荷蘭天文學(xué)家Maarten Schmidt對3C 273進(jìn)行了光譜觀(guān)測，發(fā)現其具有寬發(fā)射線(xiàn)和吸收線(xiàn)，其中的發(fā)射線(xiàn)其實(shí)就是位置向紅端移動(dòng)的氫原子的巴爾末線(xiàn)系，通過(guò)與靜止系中的巴爾末線(xiàn)系比較，他最終定出了發(fā)射線(xiàn)的紅移。因此3C 273是第一顆被光譜證認的類(lèi)星體，Maarten Schmidt也由此被稱(chēng)為發(fā)現類(lèi)星體的第一人，從此拉開(kāi)了發(fā)現類(lèi)星體的序幕。
類(lèi)星體最早命名為“quasi-stellar radio sources”，簡(jiǎn)寫(xiě)為QSO。Hong-Yi Chiu 于1964年將其改為“quasars”，即類(lèi)星體。直到1970年，類(lèi)星體這個(gè)名稱(chēng)才被大家廣泛接受。
類(lèi)星體的光度是星系的50到100倍，具有太陽(yáng)光度的恒星的1000億倍，因此稱(chēng)為宇宙中最亮的天體。類(lèi)星體與脈沖星、宇宙背景輻射和星際有機分子被譽(yù)為20世紀60年代四大天文發(fā)現。它們的發(fā)現翻開(kāi)了天文學(xué)研究的新篇章。
圖2. 類(lèi)星體3C 273的光譜 （圖源：網(wǎng)絡(luò )）
按照活動(dòng)星系核統一模型（見(jiàn)圖3），類(lèi)星體是活動(dòng)星系核的一種，中心被質(zhì)量為太陽(yáng)質(zhì)量數百萬(wàn)到數十億倍的超大質(zhì)量黑洞主導，黑洞被一個(gè)氣體吸積盤(pán)包圍。當中心黑洞從吸積盤(pán)中吸積物質(zhì)時(shí)，能量以電磁輻射的形式釋放出來(lái)，電磁輻射覆蓋整個(gè)電磁波段。類(lèi)星體輻射的能量是巨大的；最亮的類(lèi)星體的光度是像銀河系樣的星系的數千倍。類(lèi)星體的紅移很大，紅移反映了退行，因此類(lèi)星體的紅移是宇宙起源的。
圖3. 活動(dòng)星系核統一模型 （圖源：網(wǎng)絡(luò )）
類(lèi)星體具有如下特征
1
活動(dòng)星系核的一種
2
中心黑洞主導
3
高紅移（0.1-7）
4
高光度（1042-1048erg/s）
5
光變，時(shí)標從天到年
6
全電磁波段發(fā)射
7
具有明亮的致密核區，圖像呈點(diǎn)源
8
光譜具有強而寬的發(fā)射線(xiàn)
9
具有非熱輻射連續譜，連續譜呈幕律形式
類(lèi)星體在現代天文學(xué)研究中具有重要的研究?jì)r(jià)值。通過(guò)研究類(lèi)星體可以研究吸積盤(pán)、黑洞的形成和演化、黑洞自旋、雙黑洞、黑洞與寄主星系的關(guān)系、Kα譜線(xiàn)輪廓等；類(lèi)星體的吸收線(xiàn)可以作為研究不同紅移處的星際及星系際介質(zhì)的探針；大樣本的類(lèi)星體可以研究宇宙大尺度結構、重子聲學(xué)震蕩；高紅移類(lèi)星體有助于研究宇宙早期的形成和演化，宇宙早期再電離，星系的形成與演化等。
另外，由于射電強的類(lèi)星體位置的精準性，可以作為天體測量的參考架，這對于發(fā)展空間天文和深空探測等都具有重要的應用價(jià)值。
圖4. 700個(gè)類(lèi)星體在靜止坐標系下的平均光譜 （圖源：網(wǎng)絡(luò )）
隨著(zhù)大型觀(guān)測儀器的投入和使用，為了提升儀器的觀(guān)測效率，天文學(xué)家優(yōu)化了輸入星表。目前預選類(lèi)星體候選體的方法林林總總，有多色截斷方法、紫外超、紅外超、自行、射電和X射線(xiàn)波段搜尋、光變、機器學(xué)習方法等。
人類(lèi)在類(lèi)星體的發(fā)現方面取得了驕人的成績(jì)，如：帕洛馬-格林亮類(lèi)星體巡天（The Palomar-Green Bright Quasar Survey，簡(jiǎn)稱(chēng)BQS)發(fā)現了一百多顆，大型亮類(lèi)星體巡天（the Large Bright Quasar Survey，簡(jiǎn)稱(chēng)LBQS)發(fā)現了一千多顆，兩度視場(chǎng)類(lèi)星體紅移巡天（2-degree Field (2dF) QSO Redshift Survey，簡(jiǎn)稱(chēng)2QZ) 發(fā)現了兩萬(wàn)三千多顆，中國的郭守敬望遠鏡（英文the Large Sky Area Multi-object Fiber Spectroscopic Telescope，縮寫(xiě)為L(cháng)AMOST）DR5發(fā)現了約兩萬(wàn)顆，美國的斯隆數字巡天（the Sloan Digital Sky Survey，簡(jiǎn)稱(chēng)SDSS）DR16發(fā)現了750 414顆。
紅外探測器的發(fā)展促進(jìn)了高紅移類(lèi)星體的發(fā)現。目前發(fā)現的最遙遠的類(lèi)星體紅移7.085(Mortlock, D. J.; et al. 2011,Nature)。盡管類(lèi)星體是在射電波段發(fā)現的，但是90%的類(lèi)星體是射電寧靜的，只有10%是射電強的。
既然類(lèi)星體已經(jīng)發(fā)現了這么多顆，是否已經(jīng)足夠？實(shí)際上，盡管數量上看起來(lái)不少，但是類(lèi)星體樣本大部分集中在低紅移，高紅移樣本大大缺乏。紅移越高，類(lèi)星體越暗。在探測器超出星系探測極限時(shí)，一些遙遠的類(lèi)星體仍然可以探測到。暗弱的類(lèi)星體有利于研究本宇宙之外的黑洞與寄主星系關(guān)系、黑洞與核球共動(dòng)演化等。所以我們有必要進(jìn)一步提高類(lèi)星體的發(fā)現效率，尤其高紅移類(lèi)星體。
綜上所述，可見(jiàn)類(lèi)星體發(fā)現的數量增加遵循摩爾規律。下一代的望遠鏡將促進(jìn)類(lèi)星體數量以千倍的量級增長(cháng)，如eROSITA和WFXT (a Wide-Field X-ray instrument)。隨著(zhù)類(lèi)星體觀(guān)測數量的增多，尤其高紅移類(lèi)星體樣本的增加，我們在對宇宙的整體理解上將更上一個(gè)新臺階。
作者 · 簡(jiǎn)介
張彥霞：中國科學(xué)院國家天文臺研究員、首屆國際天文統計學(xué)會(huì )會(huì )士、現任北京天文學(xué)會(huì )第十六屆理事會(huì )監事、國際天文聯(lián)合會(huì )B3委員會(huì )“天文信息與天文統計”專(zhuān)委會(huì )組織委員會(huì )委員、國際雜志Frontiers in Astronomy and Space Sciences副編輯。主要從事天文信息與天文統計、天文大數據、機器學(xué)習在天文學(xué)中的應用等方面的研究。
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