角度，決定了活躍星系數量是否被低估

49太歲

 

　　這張圖表的標題叫做「宇宙X射線背景輻射組合圖」。它的橫軸座標是以能量/千電子伏特，keV為單位，縱軸則是以密度高低為單位（在每平方公分上，每秒接收到多少千電伏特光子）。橙色曲線是一種新發現的活躍星系，它的能量被大量吸收，但卻有可能是宇宙X射線背景輻射光譜上（以淺藍色曲線表示）最主要的貢獻者，橙色和藍色曲線兩者不僅光譜形狀相似，能量峰值也類似。（黃色和紫色曲線）是代表原來即已知的兩種活躍星系，它們的能量吸收情形比較不嚴重。

　　即便距離發光源相當遙遠，從我們的銀河系外而來的X射線仍然四面八方的發出亮光，若從X射線來看的話，整個天空其實非常非常明亮。長久以來，天文學家一直在猜測：充斥宇宙各處的宇宙X射線背景輻射，其實是來自於那些位置在活躍星系中央，但被塵埃重重包裹的黑洞，但因很少有機會能觀測到這些黯淡無光的黑洞，假設難以印證。

　　運用美國NASA的SWIFT衛星觀測儀器（伽瑪爆快速反應探測器），國際研究團隊最近證實了新的一類星系，這類星系的特色包括：是由黑洞提供動能，的確存在、但其中多數幾乎都暗淡到看不見；因為X射線被強烈吸收，目前有跡可尋的，只找到了 - 不超過12個而已。但天文學家說，即便X射線非常微弱，所發現的這群星系在數量上卻大有意義，因為他們可能僅是冰山一隅而已，估計比例高達1/5的活躍星系，它們的特性應該都屬於這一類。雖然這些被塵埃雲重重籠罩的黑洞，其實距離就在我們銀河系旁邊不遠，SWIFT團隊指出：「倘若沒有適當的天文儀器，就沒辦法知道這類黑洞的存在。」

　　大多數大型星系正中央都有巨大的黑洞，在活躍星系中，物質掉入超大質量黑洞，以極高的密度發出高能量光線，高密度加上高能量，正是宇宙中最亮的類星體和蝎虎BL類星體（blazar）這兩種天體為什麼會那麼亮的原因。

　　長久以來，天文學家一向都無法確知，他們是否已經完整探測到大多數的活躍星系，而且這種不確定和距離無關，即便距離最近的活躍星系究竟是否已探測完畢，天文學家們也沒有把握。而宇宙X射線背景輻射的數量卻豐沛到一種程度，天文學家不能不懷疑，活躍星系數量是否被低估了呢？懷疑的理由是：位置在星系中央的黑洞被重重厚厚的塵埃雲包圍，也把紫外線光、可見光和低能量X射線全都阻斷。雖然，紅外線可以穿透這些物質，但紅外線光和星系裡恆星形成區的溫暖塵埃，觀測時很容易被搞混。

　　不過，畢竟還是有些能量比較高的X射線從黑洞裡殺出重圍，向外招手，這才是Swift可以發揮探測功力的時候。（SWIFT是專門用於觀測伽瑪射線爆的天文衛星，觀測對象星系質量都在太陽100萬倍左右）。

　　SWIFT觀測器自2004年發射以來，所搭載爆發警示望遠鏡（BAT），一直量測著全天空能量範圍介於1萬5千至20萬電子伏之間的X射線–這種能量強度是可見光能量的好幾千倍。Swift計畫是目前針對高能量波段所進行的規模最大、敏感度最高、最完整的巡天普查計畫，範圍包括數百個距離達6.5億光年的活躍星系。

　　在本研究的樣本取樣中，被研究人員排除不計的能量來源有兩種，第一是，距離本銀河系盤面小於15度、位處於擁擠又灰塵滿佈的區域的能量源，第二則是所有發出高能粒子噴流的能量源，也不包括在本次研究的樣本中，這樣一來，活躍星系的數量剩199個。

　　活躍星系被分為許多不同種類型，天文學家可以按照我們的角度視線來解釋，為什麼它們被觀測到的特性會如此不同：我們所看到的最亮的那些活躍星系，幾乎都是以俯瞰的角度看到的，隨著角度增加，周圍的氣體和塵埃環也吸掉了越來越多黑洞所排放的能量（所以在觀測中看到的，就越來越不亮）。

　　天文學家假設：以側面朝向我們的活躍星系，其實數量並不少，而探測不到，只是因為盤面附近的氣體遮蔽，造成所排放出來的能量劇烈衰減。

　　本篇論文主要作者，德國慕尼黑普朗克研究中心地外物理所的研究生薄大衛說：「這些極度模糊的活躍星系非常暗，很難找。從199個樣本來源體當中，結果我們只偵測到9個，但就算SWIFT的爆發警示望遠鏡沒辦法找到這些被強烈吸收的高能放射源，我們也知道這個調查一定是低估了這類放射源的數量，不過當我們把前面所說這個部份的變數導入之後，就可以發現這些受到重重遮蔽，難以偵測到的星系，其實數量很多，按比例約達總數量2至3成。」

　　透過SWIFT的觀測，現在天文學家可以開始對宇宙中究竟有多少個活躍星系來進行量化，首先從距銀河系比較近的區域開始。該研究的結果確實找到了數量不小的這類星系，而且結論也與假設模型一致：大部分的宇宙X射線背景輻射可能正是由這些活躍星系所供應。如果將範圍擴大，可以在宇宙稍早時期進行研究，而到時候所獲得的數字仍然和本次研究結論一致的話，那時候所找到的黑洞數量，應該就足以解釋現今所觀測到的宇宙X射線背景輻射總數量了。

　　研究小組並將爆發警示望遠鏡的數據與X射線望遠鏡觀測數據資料結合起來，希望在不同的X射線能量中研究星系能量排放量的強度變化。這是天文學家第一次能夠探討能量被大幅吸收的活躍星系的平均光譜，由此得知的是，在宇宙X射線背景輻射圖中的能量峰值，主要確實是由此類活躍星系所貢獻。並且，在宇宙歷史大約70億年的時候（即宇宙今天壽命一半時），銀河系剛誕生，而太陽系尚未形成，那時的大質量黑洞很活躍，釋放出今天充滿在宇宙各處的X射線背景輻射。後來，黑洞因受到塵埃遮蔽而黯淡看不見。


《 本帖最後由 49太歲 於 2011-1-31 15:12 編輯 》