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太阳的输出功率约为4×1026瓦,是这个发电站功率的10亿亿倍。
我们所在的星系,也就是银河系包含超过1000亿颗恒星,其输出功率接近1037瓦。
但是类星体产生的功率甚至可以比银河系的输出功率高100倍以上。
请记住,这个功率不是由一个星系或1000亿颗恒星发出的,而是由单个黑洞周围的能量所产生的。
这样的辐射可能会对地球上生物的健康造成极大损害,因此可以说我们非常幸运,因为在距离银河系很近的地方没有这样强大的类星体!
人们认为类星体中的喷流可以持续10亿年或更短时间,这个判断来自对这些物体喷流的成长速度的估计,以及对它们长大后的尺寸的测量。
因此根据距离、时间和速度之间的简单关系,可以为整个宇宙中类星体中可能观测到的喷流活动的持续时间提供参考。
随着这些射电波瓣的扩张,它们的磁场会减弱,波瓣中各个电子的“内部”
能量也随之减弱。
这两种效应会让辐射强度随着时间的推移和到黑洞距离的增加而减小,强度下降的幅度取决于其中高能电子与低能电子的相对数量。
同步辐射的一个特性是,磁场强度越弱,所需的产生射电望远镜可接收长波的辐射的电子能量就越高。
所以当等离子体波瓣扩展到外部空间时,同步辐射也随之减弱。
不仅电子会随着等离子体的膨胀损失能量,随着磁场强度的减弱,与被望远镜观测到的现象有关的,只有那些和高能量电子相关的现象,而且通常情况下,这些电子的数量要远少于低能电子。
就类星体的射电波瓣而言,光可以在很短时间内就熄灭。
不过,这场表演还远没有结束,只是奇观转移到了另一个波段。
一些非比寻常的事情正在发生:波瓣会在X射线波段上亮起来。
这是通过被称为“逆康普顿散射”
的过程发生的。
当存在足够大的磁场时,电子会发出同步辐射,从而失去能量。
而我们在此处讨论的另一种能量损失机制,则是通过这些电子与构成宇宙微波背景辐射(CMB)的光子相互作用发生的,这些光子源于大爆炸残留的辐射,宇宙目前正沐浴在这种凉爽的微波辉光中。
这些电子可能会与CMB中的光子发生碰撞,光子从中获得比碰撞前高得多的能量,电子则相反(要记住整体的能量是守恒的)。
特别令人感兴趣的是,当快速运动的电子能量减少到静止电子能量的1000倍时(此前是静止电子能量的成百上千倍),恰好可以将CMB光子散射为X射线光子。
高能电子与低能光子通过相互作用产生高能光子。
这在某种程度上类似斯诺克中的情况,白色母球(想象这是一个电子)与某个红色的斯诺克球发生碰撞(为了便于说明,请忽略球并没有以光速运动),而红色的球从母球那里获得了大量能量。
尽管(希望如此)红球最终会落在台球桌上的一个球袋中,但光子(原本的波长约为1毫米)获得的能量是碰撞前的100万倍,因此它的波长也缩短了100万倍。
NASA于1999年发射的钱德拉(dra)卫星对X射线波段很敏感,并且能够在X射线波段探测到一对哑铃形的波瓣,就像射电望远镜可以在厘米波段探测到这些双瓣结构一样。
图20和21显示了在射电波段观察到的双瓣结构的等高线图和在X射线波段探测到的双瓣结构的灰度图。
图20 这个巨大的类星体的范围达到了50万光年,并且在电(以等高线显示)和X射线(以灰度显示)波段都具有双瓣结构
图21 该类星体在射电波段(等高线图)上观测到的双瓣结构显示出近期的活动与在X射线能量(灰度,CMB光子的逆康普顿散射所揭示的遗迹的辐射)下观测到的双瓣结构的方向不同,这表明喷流轴可能像微型类星体的喷流轴一样发生进动
实际上,如果我们能够监测这些类星体在整个演化阶段的生命周期(这与生物学家观察青蛙的生命周期类似,从蛙卵到蝌蚪,再到带有很小的腿的蝌蚪,到尾巴粗短的小青蛙,最后到大青蛙和死青蛙),我们将观察到双重结构辐射从射电波段逐渐变为X射线波段。
首先,射电结构会逐渐消失,直到无法探测到,然后X射线结构也将逐渐消失,直至无法探测到。
当然,如果喷流重新开始——例如黑洞获得了更多的燃料,那么喷流将为新的发射射电波的双瓣提供燃料,然后再为发射X射线的波瓣提供燃料。
如图20和21所示,在某些类星体中,我们可以同时看到射电和X射线的双重结构,而在另一些类星体中,只能看到射电或X射线其中之一(图22)。
在一些不同寻常的情况下,我们看到了X射线的双重结构,这与先前的喷流活动相对应,但也有一些角度不同的新射电活动,这是因为反向喷射的喷流方向发生了转动,也就是产生了进动。
这种现象的一个例子如图21所示。
图22 这张X射线图像,显示了横跨这个星系的双瓣结构它只能在X射线波段被探测到
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