第四节 类星体和射电星系

在现代天文学史中，一些重大天文发现一般都是在有关理论预言之后取得的。例如，氢原子的21cm波段谱线，羟基分子的18cm波段谱线，中子星，以及后面将提到的宇宙背景辐射等。尽管直接作出发现的当事人事先可能不知道有关预言，但他们所发现的新天体总是有人曾经这样或那样地想到过的。而事先任何人都没有想到过竟然能被发现的天体，则应首推类星体了。这一重大发现是从射电源的光学证认开始的。

我们知道，天体发出的电磁辐射通常既含有光波辐射，也含有射电波辐射。例如肉眼和光学望远镜看到的太阳辐射实际上只是它的光波辐射，太阳的射电辐射则必须用射电望远镜才能观测到。但由于射电辐射的波长很长，小口径射电望远镜看到的太阳只是一个点源，根本分辨不清其中的细节。在出现日食的情况下，小射电望远镜则可利用月面逐渐遮掩日面的机会，在与月影边缘相垂直的方向上测量出太阳射电辐射变化的细节，把黑子上空可能存在的射电缓变分量分离出来。即使如此，射电观测的分辨率仍然不高，这就要进行太阳射电源的光学证认，把射电缓变分量所对应的光球层黑子一一找出来，以便对它们进行综合研究。

20世纪60年代，在美国加州理工学院射电天文台的巡天观测中发现了一个强射电源3C48（在3C星表中的第48号源）。用当时世界上最大的全可动抛物面天线——英国焦德雷耳班克76m射电望远镜测出该源的直径小于4角秒。在如此小的区域内有如此强的射电辐射，促使马修斯（T．A．Matthews）博士提出要用帕洛玛山天文台的5m光学望远镜来找出天空中同一位置上的光学天体。结果表明，3C48射电源同一颗16等的光学暗星相对应；而且在该暗星的光谱中，除了含有吸收线外，还含有一些莫名其妙的强发射线。1960年12月，马修斯、桑德奇等人在美国天文学会上宣布了这些观测结果。

1962年底，哈泽德（C．Hazard）等人利用澳大利亚64m射电望远镜，在月掩星的条件下，以1角秒的分辨率观测了另一个强射电源3C273，并指出该射电源同一颗13等的恒星状天体相对应。翌年，M·施米特（M．Schmidt）拍摄了这颗恒星状天体的光谱，发现其中的主要发射线实际上是红移达0.158的巴耳末系氢线。马修斯等人受这一发现的启发，重新检查了3C48的光学对应体的光谱，发现其主要发射线也是氢的巴耳末线，但红移量更大，达0.367。这样，一种有强烈射电辐射、有极大红移的恒星状天体——类星体就正式被发现了，这真正是未曾料想到的新天体。在发现类星体的过程中，天文学家们所表现出来的先进课题思想、锲而不舍的研究精神和巧妙的观测分析方法等，都是很有启发性的。

从实测的辐射流量密度推算出类星体的光度（单位时间内所发出的总能量），需要知道类星体的距离。如果将红移解释为多普勒效应，那就意味着大红移类星体的退行速度很大；根据哈勃定律进而可知，类星体距离我们都很遥远，甚至可达上百亿光年。由这种距离所导出的类星体的光度则大得惊人：其数值最小也与正常星系的光度相当，最大则可高出10万倍。

为探明类星体的巨大能量到底是从多大尺度上发出的，需要进一步提高观测的空间分辨率。原有的与光学观测相当的角秒级分辨率显然不够。这就大大促进了甚长基线干涉仪（VLBI）的发展。VLBI系统中各个天线之间的距离（基线）一般很长，最长可达上千千米。在如此长的基线上进行射电信号的干涉观测，其分辨率可达毫角秒量级。图5．6是1977年7月美国国立射电天文台（NRAO）用VLBI测得的类星体3C273高分辨率的射电等强度图。由图可见该射电源有两个子源，子源间距约62光年；因距离地球遥远，故其张角还是很小的。特别是在以后多年的监视观测过程中，发现两子源的间距逐年迅速增大，好像是双极喷流以接近光速的速度在起作用的结果；而两子源连线的中点则是双极喷流的中心，其空间尺度估计比太阳系还小些。这样，就光度而言，类星体肯定属于星系层次的天体；就尺度而言，它的中心又没有太阳系大。因此，把类星体称为最强的活动星系核是很适合的。
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