鐘萃相

【摘 要】類星體的發(fā)現(xiàn)是20世紀(jì)天文學(xué)的重大成就。雖然類星體的發(fā)現(xiàn)大大促進(jìn)了人們對(duì)宇宙演化的了解，但仍有許多問題讓天文學(xué)家感到困惑不解：類星體是恒星還是星系？為什么類星體每秒鐘釋放的能量比體型大其幾十萬甚至千萬倍的普通星系每秒鐘釋放的能量還大上千倍？為什么觀察到的類星體都是遙遠(yuǎn)的星體？類星體的紅移是否是宇宙學(xué)紅移？ 這些問題長期困擾著人們，懸而未決，莫衷一是。幸而，作者近來研究和提出了星系的形成與演進(jìn)新理論，可用來揭示類星體的形成與本質(zhì)，很容易地解決上述問題。

【關(guān)鍵詞】星系結(jié)構(gòu)；星系形成；黑洞；類星體

中圖分類號(hào)： P158 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）28-0014-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.28.005

【Abstract】The discovery of quasars was a great achievement in astronomy in the twentieth century. Although the discovery of quasars has greatly promoted peoples understanding of the evolution of the universe，but there are still many questions that puzzled astronomers： are quasars stars or galaxies？Why the luminosity of the most powerful quasars is thousands of times greater than the luminosity of a large galaxy such as the Milky Way whose size is larger than the quasars by millions of times？ Why the observed quasars are distant objects？If the red-shift of quasars is Hubble red-shift？These problems have long plagued the people in suspense.Fortunately， the author of this paper，through studying the formation and orbit-variation of satellites， planets and stars， has put forward a new theory of galactic structure，therefore revealing the hierarchical structure of galaxies and the existence and characteristics of black holes as the main nodes of galactic structure. Using this new theory，the author can also reveal the formation and essence of quasars， and solve all the problems mentioned above.

【Key words】Galaxies：structure； Galaxies：formation； Stars：black holes； Stars：quasars

20世紀(jì)50年代，雷達(dá)技術(shù)在天文觀測(cè)中的應(yīng)用推動(dòng)了射電天文學(xué)的發(fā)展，并取得了一系列重大成果，其中類星體的發(fā)現(xiàn)尤為令人驚奇。1960年，美國天文文學(xué)家艾倫.桑德奇（Allan Sandage）等用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一個(gè)射電源（后給其標(biāo)號(hào)為3C48），其光學(xué)對(duì)應(yīng)體是恒星狀天體，周圍有很暗的星云狀物質(zhì)，但光譜中呈現(xiàn)出一些恒星光譜中未曾見過的譜線[1]。1962天文學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)射電源（后給其標(biāo)號(hào)為3C273），其光學(xué)對(duì)應(yīng)體也是恒星狀天體，后來還發(fā)現(xiàn)其周圍也有星云狀物質(zhì)。1963年施密特根據(jù)拍攝的光譜，發(fā)現(xiàn)其與3C48的光譜類似，并辨認(rèn)出光譜中最亮的譜線對(duì)應(yīng)的就是紅移后的H元素的發(fā)射線，還測(cè)得其紅移是0.158，即3C273的退行速度是47000km/s[2]。1965年桑德奇還發(fā)現(xiàn)了其他一些類星體，它們的光學(xué)性質(zhì)和類星電波源相似，而且都有緊密的結(jié)構(gòu)，極亮的表面及藍(lán)的顏色，但卻沒有輻射無線電波（或許太微弱，而未被探測(cè)到），故被稱為藍(lán)星體。不論是“類星射電源”還是“藍(lán)星體”，它們都有共同的特點(diǎn)，即光學(xué)圖像類似恒星，但光譜顯示它們都具有較大紅移的銀河系外天體，因此被統(tǒng)稱為“類星體”。

直到1989年，天文學(xué)家在可見光及電波波段的天空搜尋中，發(fā)現(xiàn)了數(shù)千個(gè)類星體。后來通過大型數(shù)字巡天，又發(fā)現(xiàn)了近30萬顆類星體。其中我國天文學(xué)家在類星體和活動(dòng)星系核方面也做了大量研究工作，比如，中國科學(xué)院國家天文臺(tái)陳建生院士與其他學(xué)者合作首次得到類星體吸收線光譜中Lya/Lyb的強(qiáng)相關(guān)，以及Lya/Lyg強(qiáng)相關(guān)的最好結(jié)果，從而確證了高紅移宇宙空間原始?xì)湓频拇嬖?；還與同事合作通過分析類星體吸收線證明了高紅移星系的存在，并通過對(duì)元素豐度的測(cè)定和比較顯示出星系化學(xué)組成在百億年內(nèi)的演化；在國內(nèi)率先開展類星體物端棱鏡巡天，發(fā)現(xiàn)上千個(gè)類星體候選者。著名專家何香濤教授自上個(gè)世紀(jì)八十年代起一直從事天體物理學(xué)的研究，改進(jìn)了發(fā)現(xiàn)類星體的無縫光譜法，與多國專家合作發(fā)現(xiàn)了兩千多顆類星體的候選體，已經(jīng)觀測(cè)確認(rèn)的就有一百余顆[3]。2015年03月03日，中國天文學(xué)家為主的科研團(tuán)隊(duì)又發(fā)現(xiàn)了一顆距離地球128億光年、430萬億倍太陽光度、中心黑洞質(zhì)量約為120億個(gè)太陽質(zhì)量的超亮類星體[4]。這是人類目前已觀測(cè)到的遙遠(yuǎn)宇宙中發(fā)光最亮、中心黑洞質(zhì)量最大的類星體。

類星體的發(fā)現(xiàn)，與宇宙微波背景輻射、脈沖星、星際分子并列為20世紀(jì)60年代天文學(xué)四大發(fā)現(xiàn)。雖然類星體的發(fā)現(xiàn)耐人尋味，但它也給人們帶來了許多的疑問：類星體是恒星還是星系？類星體的形成與黑洞有什么關(guān)系？為什么類星體每秒鐘釋放的能量比體型大其幾十萬甚至千萬倍的普通星系每秒鐘釋放的能量還大上千倍？為什么觀察到的類星體都是遙遠(yuǎn)的星體？類星體的紅移是否是宇宙學(xué)紅移？這些問題長期困擾著人們，懸而未決，莫衷一是。幸而，作者近來提出了星系的形成與演進(jìn)新理論，可用來研究類星體，很容易地解決上述問題。

1 星系結(jié)構(gòu)的形成與演進(jìn)新理論

1.1 行星系統(tǒng)的形成與演化

根據(jù)太陽系的形成規(guī)律，一個(gè)恒星通?？梢匝苌鄠€(gè)環(huán)繞的行星，其中有些行星又能衍生一些環(huán)繞的衛(wèi)星，從而形成一個(gè)恒星帶行星的系統(tǒng)[5]。

在行星圍繞父恒星旋轉(zhuǎn)的過程中，它們不斷地吸積軌道附近的星云物質(zhì)而變得越來越大，而且隨著父恒星不時(shí)地收縮從而自轉(zhuǎn)逐漸地加速，這些行星的公轉(zhuǎn)速度也會(huì)相應(yīng)增加，從而使行星向外移動(dòng)，擴(kuò)大恒星與行星之間的距離。所以除了靠近父恒星的一些小行星（如太陽系的水星和金星），其他較大行星都有濃密的大氣層。在這些行星（如地球）環(huán)繞其父恒星旋轉(zhuǎn)的過程中，行星的尾部半球所受的大氣壓力大于頭部半球所受的大氣壓力，導(dǎo)致行星公轉(zhuǎn)加速，行星擴(kuò)軌，從而使行星漸漸地沿著螺旋線遠(yuǎn)離父恒星[6]。

隨著行星漸漸地遠(yuǎn)離父恒星，父恒星對(duì)行星的萬有引力逐漸變小，從而使行星的自轉(zhuǎn)速度增加，衛(wèi)星繞行星的公轉(zhuǎn)速度也相應(yīng)增加，最終使衛(wèi)星遠(yuǎn)離行星。另外，隨著行星質(zhì)量的增加，行星核心巖層受壓升溫，逐漸融化成巖漿；當(dāng)大量巖漿遇到外部滲入水時(shí)，就會(huì)被冷卻凝固，使行星體積發(fā)生收縮，但保持行星原有角動(dòng)量不變，這就會(huì)使行星自轉(zhuǎn)加速，從而使衛(wèi)星繞行星的公轉(zhuǎn)速度相應(yīng)增加，最終使衛(wèi)星遠(yuǎn)離行星。

1.2 恒星的形成與演化

1.2.1 恒星的伊始—新星（new star）

在行星環(huán)繞父恒星運(yùn)行的過程中，它們不斷地吸積軌道附近的星云物質(zhì)而變得越來越大，并且在其周圍形成越來越厚的大氣層。當(dāng)一個(gè)行星的質(zhì)量變得非常巨大，其大氣層變得非常濃厚時(shí)，熱核反應(yīng)就蓄勢(shì)待發(fā)。由于該巨星大氣層的厚度和密度都比地球雷暴云的厚度和密度大得多，因此當(dāng)該巨星既繞父星高速旋轉(zhuǎn)又繞自身快速自轉(zhuǎn)時(shí)，其周圍有大量云團(tuán)相互撞擊，引起頻繁而猛烈的雷電。強(qiáng)大的雷電勢(shì)必引起巨星周圍濃密大氣層和深厚表面的燃燒，從而導(dǎo)致巨星在高溫高壓環(huán)境下啟動(dòng)和維持熱核反應(yīng)，一個(gè)新恒星就誕生了[7]。

1.2.2 壯年恒星—主序星（main sequence star）

恒星誕生之后即進(jìn)入以氫核聚變?yōu)橹饕茉吹难莼A段，它不斷地吸收軌道附近的星云物質(zhì)來維持其熱核反應(yīng)。在這個(gè)階段，恒星的向外膨脹力和向內(nèi)收縮力大致平衡，使恒星處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)期，持續(xù)時(shí)間約占整個(gè)壽命的90%以上，稱為恒星的主序階段，是恒星的青壯年期[7]。

1.2.3 中年恒星—紅巨星 （red super giant）

恒星在繞星系中心旋轉(zhuǎn)的過程中不斷地吸積軌道附近的氣體和塵埃及其他星際物質(zhì)，這些被捕獲的物質(zhì)很難逃脫恒星巨大引力的吸引和濃密大氣層的包圍。許多輕元素經(jīng)過恒星的熱核反應(yīng)聚變成重元素，使中心氦球逐漸增大。所以當(dāng)一個(gè)恒星演變到主序星階段末期時(shí)，其質(zhì)量大增，可達(dá)到幾倍太陽的質(zhì)量。隨著恒星質(zhì)量的大增，其引力范圍也大大增加，恒星周圍的大氣層也顯著增厚，特別是隨著中心氦球的逐漸增大，氫燃燒層也隨之向外擴(kuò)展，使星體外層物質(zhì)受熱膨脹，向紅巨星轉(zhuǎn)化[8-9]。

1.2.4 晚年恒星—白矮星（white dwarf）

當(dāng)恒星演化到晚年時(shí)，其質(zhì)量比早期大得多。恒星質(zhì)量越大，消耗能源越快，捕獲的外界物質(zhì)越來越難滿足其能源需求。特別是晚年的恒星通常具有層次復(fù)雜的子星系，包括一些子恒星、行星和衛(wèi)星，這些子星系不斷地圍繞著老恒星旋轉(zhuǎn)，爭(zhēng)奪老恒星的資源。當(dāng)老恒星中心區(qū)熱核反應(yīng)所需的氫不夠時(shí)，中心區(qū)的熱核反應(yīng)將慢慢停止，致使中心核產(chǎn)生的能量不足以維持輻射壓與引力重壓的平衡，星體中心區(qū)便發(fā)生收縮，直到中心引力與核心電子簡并壓力達(dá)到平衡時(shí)，收縮才停止，形成白矮星[10]。在晚年恒星收縮為白矮星的過程中，該恒星的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減少，但保留該恒星的角動(dòng)量，因此導(dǎo)致該星球的自轉(zhuǎn)速度增加，并引起其下層星球的公轉(zhuǎn)速度增加，使下層星球及其子星系向外移動(dòng)，這是星系結(jié)構(gòu)擴(kuò)展的原因之一。

雖然晚年恒星演化成白矮星之后，其上的熱核反應(yīng)基本停止，但其質(zhì)量比恒星早期有顯著增加，其周圍的大氣層也有增無減。特別是，在晚年恒星收縮為白矮星的過程中，其自轉(zhuǎn)速度大大增加。在白矮星繞父星高速旋轉(zhuǎn)又繞自身快速自轉(zhuǎn)時(shí)，其周圍有大量云團(tuán)相互撞擊，引起頻繁而猛烈的雷電，把白矮星周圍點(diǎn)亮，這就是白矮星白的原因。

1.2.5 死而復(fù)活—超新星（supernova）

在一個(gè)星系的運(yùn)行過程中，白矮星不斷地吸收軌道附近的塵埃、氣體及其他星際物質(zhì)，使其質(zhì)量逐漸增加，大氣層重新變厚。當(dāng)其表面重新覆蓋上一層厚厚的星際物質(zhì)，且其周圍大氣層又變得非常濃厚時(shí)，熱核反應(yīng)的條件再次成熟。由于該大質(zhì)量恒星大氣層的厚度和密度都比地球雷暴云的厚度和密度大得多，因此當(dāng)該恒星既繞父星高速旋轉(zhuǎn)又繞自身快速自轉(zhuǎn)時(shí)，其周圍有大量云團(tuán)相互撞擊，引起頻繁而猛烈的雷電。猛烈的雷電就會(huì)再次引起超高溫高壓環(huán)境下的熱核反應(yīng)，產(chǎn)生超新星爆發(fā)。不過這種超新星爆發(fā)會(huì)很快地消耗積累起來的大氣層和恒星表面層，恒星通過爆炸將一部分表面物質(zhì)以高速度向外拋散，又將剩余的表面層物質(zhì)融化并收縮成一個(gè)薄薄的殼層。由于超新星在收縮過程中會(huì)保留其原有的角動(dòng)量，使其自轉(zhuǎn)得到加速，引起其子星系的公轉(zhuǎn)加快，推動(dòng)子星系向外移動(dòng)。

另外，白矮星還可能遇到過長子星系的撞擊而產(chǎn)生超新星爆發(fā)[11-12]。

1.2.6 恒星末期—中子星 （neutron star）

在白矮星向大質(zhì)量恒星演變的過程中，可能要經(jīng)歷多次超新星爆發(fā)。每一次超新星爆發(fā)都有坍塌同時(shí)發(fā)生，坍塌作用使核心處的物質(zhì)壓縮得更為密實(shí)。當(dāng)白矮星的質(zhì)量增加至超越錢德拉塞卡極限（1.4倍太陽的質(zhì)量）時(shí)，特別是遇到巨大天體的撞擊時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致一次超新星爆發(fā)，星核的引力將大到足以把星核內(nèi)的原子壓縮到使電子和質(zhì)子結(jié)合成中子，使白矮星被壓縮成直徑只有十幾公里、每立方厘米的物質(zhì)重達(dá)十億噸的中子星。當(dāng)恒星收縮為中子星后，自轉(zhuǎn)速度大大加快，能達(dá)到每秒幾圈到幾十圈[13]。恒星自轉(zhuǎn)的加速又會(huì)引起其子星公轉(zhuǎn)的加速，使下層子星系向外移動(dòng)，這也是星系結(jié)構(gòu)擴(kuò)展的原因之一。

1.2.6 恒星終點(diǎn)—黑洞 （black hole）

中子星的質(zhì)量也不能無限增加，當(dāng)其質(zhì)量超過大約3倍太陽質(zhì)量時(shí)，它將坍縮成黑洞。在中子星向大質(zhì)量恒星演變的過程中，可能要經(jīng)歷多次超新星爆發(fā)。每一次超新星爆發(fā)都有坍塌同時(shí)發(fā)生，坍塌作用使核心處的物質(zhì)壓縮得更為密實(shí)。另外，恒星的收縮又引起自轉(zhuǎn)的加速和子星公轉(zhuǎn)的加速，使下層子星系向外移動(dòng)，這也是星系結(jié)構(gòu)擴(kuò)展的原因之一[14]。

1.3 星系的層次結(jié)構(gòu)及其演化

根據(jù)上述行星和恒星系統(tǒng)的形成與演進(jìn)規(guī)律可知，一個(gè)恒星可能有其父恒星，它還能產(chǎn)生多個(gè)環(huán)繞其運(yùn)行的行星，其中有些行星又能產(chǎn)生一些環(huán)繞其旋轉(zhuǎn)的衛(wèi)星。因此，一個(gè)星系通常是由多代星球構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)，整個(gè)宇宙包含許多這樣的星系。銀河系就是由多代星球組成的復(fù)雜層次結(jié)構(gòu)。天文學(xué)家瑪麗亞·格曼通過對(duì)銀河系恒星集群盤面的研究發(fā)現(xiàn)，銀河系內(nèi)圍的恒星集群年齡較大，而外圍的恒星較年輕，由此可以推斷出銀河系的形成從內(nèi)部開始，后來逐漸演變到10萬光年以上的直徑。銀河系在成長過程中還吞并了許多小星系，來自這些星系的天體匯入了銀河系的內(nèi)部，使銀河系內(nèi)圍恒星的質(zhì)量變得非常巨大[15]。

然而星系結(jié)構(gòu)并不是靜止的，而是處于不停地運(yùn)動(dòng)和變化之中。一個(gè)星系中后代星球總是圍繞著前輩星球旋轉(zhuǎn)，即衛(wèi)星繞行星旋轉(zhuǎn)，行星繞恒星旋轉(zhuǎn)，恒星又繞更上一輩的父星旋轉(zhuǎn)，直到星系中心的子星系繞星系中心旋轉(zhuǎn)。一個(gè)星球在繞父星旋轉(zhuǎn)的過程中會(huì)不斷地吸積軌道附近的星云物質(zhì)而使質(zhì)量逐漸增大，并隨著父星的不斷收縮而逐漸遠(yuǎn)離父星。這意味著一個(gè)第n（n≥1）代星球經(jīng)過漫長的時(shí)間可能衍生出包含多代星球的子星系，空間尺度變得很長，以至于該子星系在繞第n代星球旋轉(zhuǎn)時(shí)，其尾部衛(wèi)星可能進(jìn)入第n-1代星球的引力視界，最終被第n-1代星球吞并，使第n-1代星球質(zhì)量和密度大增，如圖1所示。不僅如此，當(dāng)?shù)趎代星球的子星系撞擊第n-1代星球時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的能量，甚至啟動(dòng)熱核反應(yīng)，將隕落到第n-1代星球上的衛(wèi)星融合成一體。由于第n-1代星球中心的強(qiáng)大引力，新增添的外層物質(zhì)立即收縮，使該星球的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減少，但保留該星球原有的角動(dòng)量，因此導(dǎo)致該星球轉(zhuǎn)速迅速增加，并引起其下層星球的公轉(zhuǎn)速度增加，使下層星球及其子星系向外移動(dòng)，從而擴(kuò)大了這兩層星球之間的距離。第n代星球的子星系與第n-1代星球的撞擊可能多次發(fā)生，直到第n代星球與第n-1代星球之間的距離允許第n代星球的子星系通過為止。這也是星系結(jié)構(gòu)擴(kuò)展的原因之一。

由此可見，一些古老星系經(jīng)過了漫長的演進(jìn)，其中有許多高層次星球經(jīng)過了長時(shí)間的積累并遇到過無數(shù)次星球撞擊，使自身的質(zhì)量和密度遞增過無數(shù)多次，最終成為質(zhì)量和密度都很大的“黑洞”。特別是星系中心的祖星受到星球撞擊最早、次數(shù)最多，成為質(zhì)量和密度最大的“黑洞”。星系中心下面或傍邊的某些子星也可能經(jīng)過長時(shí)間積累并遇到過無數(shù)次天體撞擊，成為了比中心“黑洞”質(zhì)量和密度小一些的“黑洞”。而且隨著時(shí)間的推移，這些黑洞還會(huì)不斷地吸積并遇到更多的天體撞擊，成為質(zhì)量越來越大的黑洞。

另外中子星或或黑洞的并合也會(huì)產(chǎn)生超大質(zhì)量黑洞[14]。

正因?yàn)楹诙吹馁|(zhì)量很大，引力很強(qiáng)，使得進(jìn)入黑洞引力視界而速度低于光速的運(yùn)行物質(zhì)都無法逃脫。也因?yàn)楹诙吹馁|(zhì)量很大，引力很強(qiáng)，可以吸引厚度和密度極大的大氣層，使得比黑洞質(zhì)量更小天體發(fā)出的光無法穿透黑洞無比濃厚的大氣層，正如陽光無法穿透濃厚的云層一樣，光線完全被黑洞大氣層湮滅。即使發(fā)光的天體進(jìn)入到這個(gè)區(qū)域，其上的許多氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)物質(zhì)也可能被黑洞立即吞噬，使得該天體的資源不足以維持其發(fā)光作用而使光線熄滅，這就出現(xiàn)了“光也無法逃脫”的現(xiàn)象[15-16]。

2 類星體的形成與本質(zhì)

根據(jù)上述黑洞的形成與演進(jìn)理論可知，黑洞的質(zhì)量是會(huì)逐漸增加的。當(dāng)一個(gè)小質(zhì)量的黑洞演變成超大質(zhì)量黑洞時(shí)，它對(duì)于物體的萬有引力極強(qiáng)，完全可以像地球那樣通過萬有引力來吸收大氣粒子（包括分子、原子和塵埃顆粒）而形成自己的大氣層。由于超大黑洞的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地球的質(zhì)量，因此環(huán)繞超大質(zhì)量黑洞的星云厚度和密度都比地球上的雷暴云的厚度和密度大得多，類星體發(fā)現(xiàn)者也已觀測(cè)到類星體周圍有很暗的星云。當(dāng)這種黑洞繞著上級(jí)父星快速旋轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)在黑洞周圍引起許多巨大云團(tuán)相互摩擦或碰撞，產(chǎn)生大范圍高壓放電，發(fā)出耀眼的強(qiáng)光，形成強(qiáng)大的射電源，所以人們可以在地球上觀察到遙遠(yuǎn)的類星射電源。由于類星體周圍的星云中具有濃密的氫氣，在高壓電場(chǎng)的激發(fā)下大量氫原子發(fā)出亮光，使得人們?cè)诘厍蛏峡梢酝ㄟ^分光鏡觀察到奇特的氫原子光譜，而且由于類星體還繞父星快速旋轉(zhuǎn)，人們觀察到的氫原子譜線具有很大的紅移，因此類星體的紅移動(dòng)與其他星系的紅移一樣都屬宇宙學(xué)紅移。這就是類星體，其實(shí)質(zhì)就是覆蓋了濃厚星云且快速旋轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的超大質(zhì)量黑洞。

雖然類星體是由黑洞及其環(huán)繞星云形成的，但是人們?cè)阢y河系附近幾千萬光年范圍內(nèi)并未發(fā)現(xiàn)類星體，這說明銀河系中心最大黑洞的質(zhì)量還不足以吸引濃厚星云來使黑洞快速旋轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生大范圍連續(xù)性的劇烈雷電。因此，形成類星體的黑洞質(zhì)量必須遠(yuǎn)大于銀河系中心最大黑洞的質(zhì)量，這種黑洞應(yīng)該是超星系團(tuán)中比銀河系中心黑洞層次高得多的黑洞。因此，它離處于銀河系底層的地球非常遙遠(yuǎn)，一般都離地球幾十億甚至幾百億光年。

根據(jù)星系中心黑洞與下級(jí)子星系中心黑洞的距離公式及星系質(zhì)量與星系中心黑洞質(zhì)量的比例關(guān)系，可以算出一個(gè)距離地球100億光年的類星體的質(zhì)量與銀河系總質(zhì)量的比例關(guān)系。由于星系是一種層次結(jié)構(gòu)，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)銀河系就是被包含在一個(gè)超星系團(tuán)中的一個(gè)子星系，故可設(shè)想銀河系中心黑洞上面還有多級(jí)祖先黑洞。假設(shè)從銀河系中心黑洞開始往上數(shù)直到100億光年的類星體有n級(jí)黑洞，標(biāo)號(hào)為BH1，BH2，…，BHn，它們的質(zhì)量分別為M1，M2，…，Mn。假設(shè)銀河系的總質(zhì)量為m，則銀河系中心黑洞的質(zhì)量M1=0.005m.正如銀河系有兩個(gè)懸臂（即子星系）那樣，可假設(shè)一般的大星系都有兩個(gè)懸臂，于是以BH2為中心的星系總質(zhì)量約為2m，BH2的質(zhì)量M2=0.005×（2m）=2M1.類似地，可推導(dǎo)M3=2M2=22M1，M4=23M1，…，Mn=2n-1M1。因?yàn)殂y河系的直徑為10萬光年，所以其半徑是5萬光年，要使銀河系繞中心黑洞BH1旋轉(zhuǎn)時(shí)不碰撞BH2，BH2與BH1的距離應(yīng)該大于等于5萬光年，而且有了這個(gè)距離之后，在一定時(shí)期內(nèi)這個(gè)距離不變，所以BH2與BH1的距離約為5×104光年。類似地，要使以BH2為中心的星系繞BH2旋轉(zhuǎn)時(shí)不碰撞BH3，BH3與BH2的距離約為2×5×104光年；BH4與BH3的距離約為22×5×104光年，…，BHn與BHn-1的距離約為2n-2×5×104光年。因?yàn)榈厍蛱幱阢y河系的底部，離類星體的距離是100億光年，所以

5×104+5×104+2×5×104+22×5×104+…+2n-2×5×104=1010，

推得2n-1=2×105

于是Mn=2n-1M1=2×105×0.005m=1000m

即距離地球100億光年的類星體的質(zhì)量約為銀河系總質(zhì)量的1000多倍，所以這么大質(zhì)量的黑洞足以吸引極其濃厚的星云，當(dāng)其快速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的雷電及其激發(fā)的光具有整個(gè)銀河系發(fā)射能量的上千倍。

3 類星體與星系的聯(lián)系

由于大多數(shù)類星體都是高紅移的天體，這意味著它們都在快速地繞其父星旋轉(zhuǎn)。所以每個(gè)高紅移的類星體通常都具有一些上輩星球。另外，每個(gè)類星體都是位于大結(jié)構(gòu)星系中心的超大質(zhì)量黑洞，一般具有兩個(gè)旋臂。由于該類星體繞其自身軸快速旋轉(zhuǎn)，它的旋臂或子星系也隨著類星體的自轉(zhuǎn)而快速地繞類星體旋轉(zhuǎn)。為了使類星體能繞著其父星旋轉(zhuǎn)且其子星系又能繞著類星體旋轉(zhuǎn)，該類星體與其父星之間的距離應(yīng)該大于該類星體宿主星系的半徑。因此，如果地球與一個(gè)類星體的距離是100億光年，約等于該類星體宿主星系的半徑，則該類星體與其父星之間的距離應(yīng)該大于100億光年，因此地球與該類星體的父星之間的距離應(yīng)該大于200億光年。

4 總結(jié)

類星體的發(fā)現(xiàn)與宇宙微波背景輻射、脈沖星、星際分子并列為20世紀(jì)60年代天文學(xué)四大發(fā)現(xiàn)。雖然類星體的發(fā)現(xiàn)使天文學(xué)家產(chǎn)生了極大興趣，但它帶來了許多長期困擾著人們問題。為此，作者重新研究和發(fā)現(xiàn)了衛(wèi)星、行星和恒星的形成和演進(jìn)規(guī)律，提出了科學(xué)的星系形成與演進(jìn)理論，并揭示了星系的層次結(jié)構(gòu)和黑洞作為星系結(jié)構(gòu)主干節(jié)點(diǎn)的存在與特性，進(jìn)而揭示了類星體的形成規(guī)律和本質(zhì)特征。作者發(fā)現(xiàn)類星體實(shí)質(zhì)上就是覆蓋了濃厚星云且快速旋轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的超大質(zhì)量黑洞，這種黑洞繞著上級(jí)父星快速旋轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)在黑洞周圍大范圍產(chǎn)生劇烈放電，發(fā)出耀眼的強(qiáng)光和強(qiáng)烈的雷鳴，形成強(qiáng)大的射電源和沖擊波，所以人們可以在地球上觀察到遙遠(yuǎn)的類星射電源和宇宙微波背景輻射。只有超星系團(tuán)中比銀河系中心黑洞級(jí)別高得多因而質(zhì)量大得多的超級(jí)黑洞快速旋轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)時(shí)才能產(chǎn)生大范圍強(qiáng)烈雷電，因此，它離處于銀河系底層的地球非常遙遠(yuǎn)，一般都離地球幾十億甚至幾百億光年。距離地球100億光年的類星體的質(zhì)量約為銀河系總質(zhì)量的1000多倍，所以這么大質(zhì)量的黑洞足以吸引極其濃厚的星云，當(dāng)其快速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的雷電達(dá)到整個(gè)銀河系發(fā)射能量的上千倍。由于這種類星體繞著上級(jí)父星快速旋轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)，因而類星體的紅移就是宇宙學(xué)紅移。

【參考文獻(xiàn)】

[1]Matthews T A，Sandage，A R.Optical Identification of 3c 48， 3c 196， and 3c 286with Stellar Objects[J].Astrophysical Journal. 138：30-56.

[2]Schmidt M. 3C 273： a star-like object with large red-shift. Nature. 1963，197 （4872）： 1040–1040

[3]何香濤.宇宙中最神秘的天體—類星體（二）：尋找類星體[J].自然雜志，37（3）：215-220.

[4]Wu， Xue-Bing； et al. An ultraluminous quasar with a twelve-billion-solar-mass black hole at redshift 6.30. Nature，2015，518：512

[5]Cui-xiang Zhong. Formation and Evolution of Galaxies and Black Holes [J]. Journal of Physical Science and Application，2018，8（1）：23-29.

[6]Cuixiang Zhong. A Reason for the Earth Moving Away from the Sun and the Possibility to Escape Being Engulfed by a Red Giant Sun[J]. American Journal of Astronomy and Astrophysics，2018-8-25，25-27.

[7]Sackmann， I. -J.； Boothroyd， A. I.； Kraemer， K. E. Our Sun. III. Present and Future.The Astrophysical Journal，1993， 418：457.

[8]Schawinski， Kevin；et al. Supernova Shock Breakout from a Red Super giant [J].Science， 2008，321（5886）：223–226

[9]Ramirez， Ramses M.Kaltenegger， Lisa（2016）.Habitable Zones of Post-Main Sequence Stars.The Astrophysical Journal， 2016，823（1）.

[10]Laughlin， G.； Bodenheimer， P.；Adams， F. C. （1997）. The End of the Main Sequence [J].The Astrophysical Journal，1997，482：420.

[11]Krause， Oliver； et al. The Cassiopeia A Supernova was of Type IIb[J].Science，2008，320（5880）：1195-1197.

[12]da Silva， Luiz Augusto L. The Classification of Supernovae.Astrophysics and Space Science，1993，202（2）：215-236.

[13]T Tauris. Neutron Star Formation and Evolution-Singles， Binaries and Triples[C].40th COSPAR Scientific Assembly， held 2-10 August 2014， in Moscow， Russia.

[14]Abbott BP， et al. Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger[J].Physical Review Letters，2016，116（6）：061102.

[15]沈志強(qiáng).銀河系中心超大質(zhì)量黑洞[J].物理，2007（12）.

[16]Malcolm S. Longair. Galaxy Formation[M].Beijing，Science Press，2001.