标题：类星体
基本信息
  类星体是迄今为止人类所观测到的最遥远的天体，距离地球至少100亿光年。类星体是一种在极其遥远距离外观测到的高光度和和强射电的天体。类星体比星系小很多，但是释放的能量却是星系的千倍以上，类星体的超常亮度使其光能在100亿光年以外的距离处被观测到。据推测，在100亿年前，类星体数量更多，光度更大。
类星体，又称为似星体、魁霎或类星射电源，与脉冲星、微波背景辐射和星际有机分子一道并称为1960年代天文学“四大发现”。[1-2]
类星体是宇宙中最明亮的天体，它比正常星系亮1000倍。对能量如此大的物体，类星体却不可思议地  类星体巨大的能量小。与直径大约为10万光年的星系相比，类星体的直径大约为1 光天(light-day)。一般天文学家相信有可能是物质被牵引到星系中心的超大质量黑洞中，因而释放大量能量(喷发激烈射线)所致。这些遥远的类星体被认为是在早期星系尚未演化至较稳定的阶段时，当物质被导入主星系中心的黑洞增添“燃料”而被“点亮”。
发现及命名
  灰尘环绕的类星体被发现[3]20世纪六十年代，天文学家在茫茫星海中发现了一种奇特的天体，从照片看来如恒星但肯定不是恒星，光谱似行星状星云但又不是星云，发出的射电(即无线电波)如星系又不是星系，因此称它为“类星体”。[4]类星体的发现，与宇宙微波背景辐射、脉冲星、星际分子并列为20世纪60年代天文学四大发现。
1960年天文学家们发现了射电源3C 48的光学对应体是一个视星等为16等的恒星状天体，周围有很暗的星云状物质。令人不解的是光谱中有几条完全陌生的谱线。1962年，又发现了在射电源3C 273的位置上有一颗13等的“恒星”。使天文学家同样困惑的是其光谱中的谱线也不寻常。缘起从1960年起，人们对剑桥第三电波星表中（3C）一些不知意义、模糊的无线电波源，陆陆续续有下列的发现：
它们的光学体很小（光学直径<1"），和恒星很难区别：
从帕罗马天文台5m望远镜所拍照片中显示，它和恒星一样，都只是一个光点。  类星体明亮的光线它们有极亮(非比寻常的亮)的表面：
在可见光及无线电波波段都此特性。 
它们的光谱是连续光谱及强烈的发射谱线：
在1962/63年，由 M.Schmidt 测出这和那些已知的电波星系光谱相同。 
事实上，测得的类星体的光谱主要有三部分：
由同步辐射造成的非热性连续光谱； 
吸积作用造成极明亮的发射谱线； 
星际介质造成的吸收谱线。 
它们的光谱呈现巨大的红位移量（位移指数Z=△λ/λ）。
因此由哈勃定律推论，它们是极远的蓝色星系，可见光绝对亮度超过一般正常星系的100倍，而电波强度和CygA星系相当。 
到此阶段的探查将之冠上类星体Quasar之名（或谓类星电波源 Quasistellar Radio Source）。
1963年，终于有人认出了3C 273谱线的真面目，原来它们是氢原子的谱线，只不过经历了很大的红  氢原子光谱移，使得谱线不易证认。循着红移这条线索，再去分析3C 48的光谱，得出它的红移量还要更大。设想红移产生于多普勒效应，那么3C 273和3C 48都有很大的退行速度，分别达光速的1/6和1/3。对于这种在光学照片上的形态像恒星，但是其本质又迥然不同的天体，天文学家把它们命名为类星射电源。进一步的观测和研究揭示了又一类天体，它们的形态也很像恒星，而且也有很大的红移，但是没有射电辐射，被称为射电宁静类星体[5]。定名1965年 A.Sandage 发现许多类星体，它们的光学性质和类星电波源相同；都有紧密的结构，极亮的表面及蓝的颜色；但它们却没有辐射无线电波（或是太弱了，而没被测到），因此可将它们分为两类：
类星电波源QSR's：能用光学及电波段测出，这类比较少，占类星体总数的1/20。
类星体QSO's（或称电波宁静类星体）：电波较弱，只能以光学测出。
类星体代表的是同一种天体，只不过有的电波辐射强度不同；科学家相信，具有强烈电波辐射的类星体可能是类星体“一生”中处于短暂的“发高烧”阶段的产物。因此，称之为类星电波源（quasars）或类星体（quasistellar objects）都可以；有必要时，再注意它有没有辐射电波即可。
在可见光及电波波段的天空搜寻中，数千个类星体已被发现；例如 M.P. Veron-Cetty 及 P.Veron（1989）作的星表目录中有4,170个类星体，A.Hewit t和 G.Burbidge（1987）所出星表中3,570个附有红移资料的类星体。
特点
  类星体类星体的显著特点是具有很大的红移，表示它正以飞快的速度在向地球远离。类星体离地球很远，大约在100亿光年以外，可能是目前所发现最遥远的天体，天文学家能看到类星体，是因为它们以光、无线电波或x射线的形式发射出巨大的能量。
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。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，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〃。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（OQ 172）。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PHL 957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观测表明，有些类星体还发出X射线辐射。
历史纪录
最近的类星体－3C273（M.Schmidt所发现）：
视星等mv=12.8（其余的比16等还暗），红移z=0.158（相当距离950Mpc.约等于31亿光年远）。 
最亮的类星体－S50014+81：
绝对星等Mv=-33等（mv=16.5）；z值为3.14。 
最大红移指数（相当于最远）的类星体－PKS2000-300：
mv=19，z=3.78（记录已被取代，并不断刷新中！）。 
不过在1986年后，发现越来越多更大红移的类星体，其中约有30个z值超过4的；最近的报告（1990年）指出，PC1247+3406的z值为4.90。值得一提的是，类星体的数目似乎以Z=2左右为分界；红移小于2的随着z值增大，数目也越多，而红移大于2的，分布趋势则相反，z值越大的类星体数目越小。
最早发现类星体巨大红移现象的，是 M.Schmidt 在分析3c 273光谱时顿悟的；他感觉那些强烈的发射谱线相对排列顺序与氢原子光谱的几条谱线很相似；不同的只是整个光谱都向红端（长波）移动了一大截。
类星体的红移量是如此的巨大，不能只是以简单的哈勃定律（距离d与z值成正比）来决定它的距离；而必须以广义相对论为基础的宇宙模式来解释它。
研究进展
目前所知最远的类星体，约150亿光年。2001年，美国宇航局(NASA)的科学家们发现了由18个类星体组成的类星体星系，这是发现的规模最大的类星体星系，距离地球65亿光年。[2] 
2003年，以色列特拉维夫大学和美国哈佛大学的科学家在1月23日出版的《自然》(Nature)杂志上宣布发现了类星体周围存在暗物质晕的证据。[2]
2006年，欧洲科学家称发现神秘罕见的“孤儿”类星体。
2007年，科学家首次发现十分罕见的类星体三胞胎。 
2008年，科学家发现罕见的可以制造X射线的类星体。
2011年科学家用哈勃望远镜揭开了一个神秘天体的面纱。2007年，一位德国生物老师在夜空中发现神秘绿色天体，距地球约6.5亿光年，被称为汉妮天体。原来这是个已经死亡的类星体。
汉妮天体（Hanny’s Voorwerp，Voorwerp是荷兰语中“物体”的意思），可以说是宇宙中最神秘的天体之一。但2011年1月10日美国天文学会第217次会议上公开的哈勃太空望远镜拍摄到的精细照片和X光观测数据，终于揭开了汉妮天体的神秘面纱。
由许多地面和太空望远镜拍摄到的原始图像表明，汉妮天体是一团巨大的炙热气体。天文学家推测，汉妮天体所发出的光，来自于一个名为IC2497的相邻星系的辐射。
科学家认为，IC2497的内核里有一个巨大的黑洞，曾经吞噬掉了各种气体和星体，并释放出两股相反的炙热气体和高能辐射。这种活跃的星系也被称为类星体。当类星体发出的辐射击中气体云时，就会激发氧原子，使气体云发出绿色的光芒。
美国耶鲁大学的天文学家Kevin Schawinski在进行了X光观测之后发现，这个类星体已经不再活跃了，这可能是因为它中央的黑洞已经没有“食物”可吃了。但科学家们认为，这个类星体死亡不久，因为汉妮天体还仍然在发光。
鉴于IC2497的光需要几万年才能抵达汉妮天体，因此天文学家推测类星体应该是在不到20万年前熄灭的。这也意味着，它熄灭的速度要比科学家想象的快得多。
2010年4月由哈勃望远镜观测到的最新图像也证实了死亡类星体的假说。值得一提的是，那次观测发现了汉妮天体里有一些年轻的恒星群，它们中的有些年龄不会超过100万岁。
与星系的关系
类星体的绝对星等Mv在-25-- -33等之间（由哈勃常数Ho=50km/s·Mpc推算），这可推论出其光度在1012--1014L⊙之间（约4*1038--1041W），这代表类星体是宇宙最亮的天体；它们是遥远活跃星系的极亮核及塞佛特星系、N星系及电波星系强烈活动的延续。这些的星系的轮廓只有在最近的类星体3C273的光学影像中被辨认出，呈现模糊、扩张、云雾状的斑点；通常星系被比它亮很多的核的光芒所掩过，而呈现类星体的现象。只有以极灵敏的CCD侦测器及现代影像扩大技术，这才比较有可能测出那些z≦0.5的类星体及和它有关的星系（因z值越小之类星体距离越近，与其有关之母星系才不至于太暗）。减去类星体光度后的星系绝对星等在-21-- -23等之间，是直径40--150kpc的椭圆星系或漩涡星系。观测结果认为有强电波辐射的类星体可能属于椭圆星系，而无电波类星体则属于漩涡星系。
此外，在某些类星体中，其分立的子电波源间出现分离的相对速度居然快过光速的超光速运动现象！例如3C273；由巨大天线阵（VLA）从1977年到1980年，以波长2.8cm的无线电波波段观测结果显示，其分立两子电波源间分离速度高达11倍光速。
虽然，光速是物体运动速度的极限也是能量传递速度的极限；但这种看似不可思议的超光速现象，在视觉上却有可能造成超光速的现象。例如，在夜晚将探照灯射向高空，由于云层的反射，天空会出现亮点；当地面的探照灯缓慢转动时，在高空的亮点却以极快的速度在移动。如果这云层够高，亮点的速度甚至可以超过光速。以这模型来解释上述类星体中的现象，认为是由类星体中心母体喷出两股相反方向的粒子流（相当于探照灯的光），它照在星际介质上（相当于高空的云），从而激起电波辐射（相当于亮点）；因此，只要中心母体有小小的摆动，粒子流照射所激起的辐射区就会迅速的移动；如此看来，这两辐射区相离速度超过光速就大有可能了。
巨大红移之谜
根据同步电子辐射原理推论出，类星体中黑洞质量--108M⊙，所有辐射能（光度）--1039W≒1013L  引力透镜与类星体⊙。根据相对论E=m·c2推算其寿命约108年。推算出如此巨大能量之结果，使得一些天文学家质疑：决定距离的基础是否为哈勃红移关系？
一般认为红移所代表的可能性有三种：
哈勃红移
越远的星系红移效应越大；类星体是目前所发现的最远的星系，它可能代表宇宙的边缘或最早的宇宙。
引力红移
就是从远离强引力场的地方观测，谱线会向长波的方向移动；但需要的引力场极大（约一亿个太阳质量的黑洞），且造成的谱型与类星体的不符。 
局部红移
认为可能是某些星系高速喷出物质所造成之局部现象（与上述视线之超光速原理相同）；支持的证据是，很多星系及类星体常成双或成群出现，而它们之间的红移值截然不同。反对的说法是，也有不少成群协同的类星体、星团和它们的母星系有相同的红移量。 
其中以支持哈勃红移理论的证据最为有力。
寻找红移与星系相近的低红移类星体：
以z≦0.5为范围，果然找到很多与椭圆或漩涡星系有关而红移相近的类星体；而高红移星系实在太暗，难以测出，不适用此法。 
双胞胎类星体的证据：
1979年 D.Walsh,R.F.Carswell 和 R.J.Weymann 吃惊的发现类星体QSO0957+561A及B不但距离极近（5.7"），星等同样是17等，z值同为1.41， 甚至完全相同的光谱。令人怀疑他们根本是同一天体，只是被重力透镜影响光线偏折而呈二重像。后来果然在类星体B旁发现一模糊的云雾，测量结果发现它是造成此光学二重像效应z=0.39 的中介星系（介于地球与此类星体之间）。此发现意义极重大，不但印证了爱因斯坦广义相对论中重力透镜的预测，而且证明红移大（z=1.41）之类星体在红移小（z=0.39）星系之后，更支持了哈勃红移的理论。 
重力透镜造成的光变：
当中介星系转动时，由于重力的作用，使其后方类星体的光度发生变化；理论上可从观测到的类星体光变时间及影像空间角度，去推算类星体距离，再去印证哈勃红移所推算之距离是否正确。可惜，在类星体与地球之间常有无数物质，造成引力的多重影响，而不易以此法测出，有待将来进一步的改良观测技术。 
吸收线的支持：
类星体中吸收谱线所测得的Zabs与发射谱线的z值不同，一般是Zabs≦Z；如果发射线z值是代表类星体的位置(距离)，则其吸收线之Zabs则是类星体和地球之间许多的星际间物质吸收所造成(如图一中Lα森林区，就是Lα线被不同距离物质吸收，所呈多重红移之结果)。当(Z-Zabs)/Z≧0.01，代表是类星体和地球之间许多星系外部的洞区所造成。 
此外，在高红移类星体吸收线中找到低红移星系（及类星体）之吸收线系统，而在低红移星系吸收线中找不到高红移类星体之吸收线，这可说明高红移星体的确是在低红移星系（类星体）的后面。
另外，一种很像类星体的怪东西，在1929年被发现并定名为BL蝎虎座天体；它的特征就是几乎没有特征。光度变化不规则，只有连续光谱，测不到它的谱线（可能太弱了）。因此，它的距离也很难定出。它那属于非热性之连续光谱在可见光部份比类星体陡。已发现100个左右。
到底类星体是个什么样的天体呢 ?它的外型像恒星，光谱像塞佛特星系，电波性质像电波星系……？当前认定是，它是宇宙在大霹雳后，最先形成的“星系”前身。但无疑的，它是一种非常活跃的天体；如果宇宙红移理论确实是对的，那类星体对于宇宙将扮演极重大的角色；它代表的是最远，最古老的宇宙。因此能从侧面映整个宇宙的演化。也由于它高度的亮及神秘的吸收线，更是研究宇宙中介物质（介于地球和宇宙边缘之间）的最佳利器。
理论假说
建造原理  脉冲星（中子星）-模型图在宇宙中超高速运行具有星系核的星系，当它追及到另一个具有星系核的星系时，如果两者的运行速度相近，就会相互吞噬，形成了一个更大的星系。倘若这两个星系的星系核相遇，就会相互绕转而形成一个质量更大的高速旋转的星系核。这个高速旋转的星系核就像一个巨大的发电机，从它的两极爆发出能量强大的粒子流向远方喷射。星系核的能量越大，喷射粒子流的流量也就越大，喷射得也就越遥远。类星体在喷射高能粒子流的时候，会消耗其自身的能量，然而，当它俘获了其它星团或者星系以后，就会增添能量。类星体在宇宙里超高速运行的过程中，吞噬了它所遇到的所有天体。类星体是宇宙中最明亮的天体。定义假说类星体在类星体发现后的二十余年时间里，人们众说纷纭，陆续提出了各种模型，试图解释类星体的能源疑难。比较有代表性的有以下几种：  类星体作为黑洞反面的“白洞”-模型图
黑洞假说：类星体的中心是一个巨大的黑洞，它不断地吞噬周围的物质，并且辐射出能量。
白洞假说：与黑洞一样，白洞同样是广义相对论预言的一类天体。与黑洞不断吞噬物质相反，白洞源源不断的辐射出能量和物质。
反物质假说：认为类星体的能量来源于宇宙中的正反物质的湮灭。
巨型脉冲星假说：认为类星体是巨型的脉冲星，磁力线的扭结造成能量的喷发。
近距离天体假说：认为类星体并非处于遥远的宇宙边缘，而是在银河系边缘高速向外运动的天体，其巨大的红移是由和地球相对运动的多普勒效应引起的。
超新星连环爆炸假说：  正反阴阳宇宙及正反粒子-模型图认为在起初宇宙的恒星都是些大质量的短寿类型，所以超新星现象很常见，而在星系核部的恒星密度极大，所以在极小的空间内经常性地有超新星爆炸。
恒星碰撞爆炸：认为起初宇宙较小时代，星系核的密度极大，所以常发生恒星碰撞爆炸。活动星系核说类星体是一种光度极高、距离极远的奇异天体。
  越来越多的证据显示，类星体实际是一类活动星系核(AGN)。而普遍认可的一种活动星系核模型认为，在星系的核心位置有一个超大质量黑洞，
在黑洞的强大引力作用下，附近的尘埃、气体以及一部分恒星物质围绕在黑洞周围，形成了一个高速旋转的巨大的吸积盘。在吸积盘内侧靠近黑洞视界的地方，物质掉入黑洞里，伴随着巨大的能量辐射，形成了物质喷流。而强大的磁场又约束着这些物质喷流，使它们只能够沿着磁轴的方向，通常是与吸积盘平面相垂直的方向高速喷出。如果这些喷流刚好对着观察者，就能观测到类星体。
正当星系红移问题闹得不可开交的时候，60年代又出现了类星体的红移现象，使问题变得越发复杂了。根据对类星体物理性质的研究。可以肯定，类星体是河外天体。属于星系这一层次。既然如此．它们的红移是不是也像正常星系那样可以解释为退行并满足哈勃定律呢?要直接验证这一点是困难的，因为至今还没法求出类星体的距离。对类星体进行统计，结果发现在红移－视星等图上，它们的分布毫无规律，这到底是什么原因呢？
大多数天文学家坚持认为：类星体的红移是宇宙红移，即红移反映了退行，而且红移和距离之间存在着哈勃关系。证据是类星体的物理性质与某些活动星系很类似，而活动星系已被证明是满足哈勃定律的。另外，已发现几个类星体分别很靠近某个基系团或就在星系团内，而且类星体与星系团的红移近似相等。还发现某些类星体很靠近一些星系，而类星体和星系的红移也大致相同。他们认为，类星体在红移－视星等图上之所以弥散，是由于类基体的绝对星等弥散太大，而不是因为哈勃定律不成立。
少数天文学家认为类星体红移不是宇宙学的。对某些类星体和亮星系进行抽样统计研究，发现有些互相成协(即联在一起)的星系或成协的星系和类星体彼此之间的红移量完全不同或相差很大。另外发现有些类星体的光谱中，其吸收线的红移量与发射线的红移量互不相同，而且不同的吸收线还有各不相同的红移量，即多重红移。而成协天体的不同红移和同一天体的多重红移，都是用多普勒效应无法解释的，必须寻找新的红移机制。已提出的除了上面讲到的引力红移、光子老化、物理常数变化等红移机制外，还有一种所谓的“横向多普勒效应”。类星体的巨大红移可能说明它的横向速度很大。
上述这些观点，有的仅仅是假说，有的虽有理论根据，但并不能很好地解释类星体的红移．持非宇宙学红移观点的人认为，类星体的红移是对现代物理学的挑战。
对星系普遍存在的谱线红移的观测和研究．有力地推动了以整个可观测宇宙的结构、起源和演化为课题的现代宇宙学的迅速发展。星系红移的真相一旦被揭开，人类对宇宙的认识必将有一个更大的飞跃
延伸距离
  艺术示意图：剧烈活动的类星体2013年1月自斯隆数字巡天项目的数据，一个国际天文学家小组发现一个创纪录的类星体集群结构，其延伸超过40亿光年。所谓类星体即一类年轻的活动星系。该项研究的第一作者，英国中央兰开夏大学天文学家罗杰·克洛斯(Roger Clowes)表示：“这项发现很大程度上是一个惊喜，因为它着实突破了我们所知晓的宇宙中最大结构的尺度。”相比之下，我们所在的银河系直径不过仅有数十万光年，而银河系所处的上一级结构，即室女星系团，其延伸也仅有数亿光年而已。
挑战现有理论
克洛斯表示，天文学家们已经知道类星体可以形成巨大的集群，延伸超过7亿光年。然而此次所发现的，由73个类星体组成的超级集群延伸超过90亿光年，这一规模让人吃惊。
天文学家们之所以感到惊愕不已，是因为现有的天体物理学模型似乎限定了宇宙中所存在结构的规模上限是其尺度不应超过12亿光年左右。克洛斯表示：“因此这一发现对我们现有的知识构成挑战，因此我们此次并不是解决了一个问题，而是新发现了一个问题。”
这一巨大的结构被简单地称作“大型类星体团”(LQG)，其发现同时还颠覆了另外一项基本宇宙学原理，那就是当在大尺度上进行观察时，宇宙应当是总体均匀的。克洛斯表示：“这可能意味着我们对于宇宙的数学描述过于简单了，更好的模型或许应当是远比这更加困难和复杂的。”[6]