类星体身份证认之路
作为20世纪60年代四大天文发现之一，类星体在当时最具神秘色彩，其真实身份多年以来也一直悬而未决。甚至直到类星体基本被定性为活动星系核的今天，还是有很多介绍资料在煞有介事地描述一系列早年提出的可能性。
神秘色彩的根源是光谱中的吸收线红移。20世纪50年代，天文学家开始进行大规模的射电巡天，并将观测到的射电源逐一编目，其中的代表就是第三次剑桥巡天编制的3C表。Cyril Hazard将第一个类星体3C 273利用澳大利亚的Parkes射电望远镜定位后，人们很快发现它与一个光学对应天体成协。这个对应体特性很古怪，看起来与普通恒星一样是个点源，没有展现出任何结构。不过它的光谱很古怪，粗看之下没有包含任何已知的谱线。60年代初，Maarten Schmidt发现，如果将该天体光谱整体平移，就可以与氢元素的巴耳末线系对应起来。谱线相对原始波长的偏移量也就是红移是0.158。
类星体3C 273的光谱。（图片来源：Global Telescope Network）
在红移记录早已破8，正向更远处推进的今天，人们对零点几的红移是见怪不怪了，它们只能算是迈向宇宙远方的第一步。但是在4、5十年前，这个红移0.158已经是很多人想都不敢想的事情了，比任何已知的星系都要高得多。考虑观测到的亮度并不算低（3C 273是13等左右），如果这个红移是宇宙学起源，那么这类天体的本征亮度就高过了当时人们的认知，更要命的是它还缺乏星系的结构。再加上类星体还往往存在快速光变，根据光变时标判断，它们的尺度（时标与光速之积）不会很大，远远比一般的星系要小。所以其真实身份究竟是什么，一时也就成了争论的热点。
顺便说一下，其实3C 273的红移记录只保持了15分钟：Schmidt的同事随即用同样的方法平移了3C 48的光谱，发现后者的红移是0.36。
60年代的天体物理学与现在相比，称其为空白也不为过。活动星系核理论还在起步阶段，宇宙究竟有多大也还是个未决问题。现在回顾一下当年为了解决类星体红移和光度的难题提出的五花八门理论，倒是很好玩的事情。
先说正常的，也就是引力红移起源说。在强引力势阱中，光线的波长会增加。引力红移量与恒星半径和对应质量的史瓦西半径之比相关，恒星尺度越接近史瓦西半径（越为致密），引力红移也就越强。不过这一说法的问题是，质量足够大的普通恒星已经越过了林忠四郎线，不能稳定存在；恒星更无法产生光谱中确实存在的强发射线。类似观点的还有认为是类星体红移起源于高速运动，是快速远离地球而去的近距离普通天体，不过这难以解释类星体伴随的喷流等现象，也与天体测量结果不符。另一种解释是脉冲星辐射，但因为类星体没有短周期变化，不能服人。比较夸张的另有星系内超密集的恒星碰撞以及星暴活动，更离谱的还有白洞之说，也都是缺乏证据。
3C 273的喷流，右下插图为光学全貌，背景为全波段大图，可见喷流的辐射能量随着与类星体距离的增加有降低的趋势。（图片提供：NASA/NRAO）
事情的转机出现在20世纪70年代。这次也就是之前提到的，在恒星核能无力解释观测的时候诉诸引力的场合了。黑洞的吸积产能理论在此时逐渐成型，也有人逐渐开始将其用到类星体上，最终在80年代发展出了活动星系核统一模型，发现可以将观测现象解释得很好。不过争端没有就此平息。典型的例子是Halton Arp在1987年出版的《类星体，红移与争论（Quasars, Redshifts and Controversies）》一书，其中坚持认为红移是非宇宙学起源，并举出了若干理由，其中包括一些观测将类星体与邻近星系关联起来，比如1979年在旋涡星系NGC 1073附近发现的三重类星体；还有类星体的红移分布集中于几个数值。书中将大红移归因为普通星系的高速抛出物。
NGC 1073以及与之“成协”的3个类星体。（图片来源：Arp and Sulentic）
后来确认，NGC 1073的所谓成协只是方向上的重叠，三个类星体并不位于星系之内。比如其中的PKS 0241+011，本身红移1.4，远比NGC 1073高；而红移分布的问题则是因为当时大规模巡天尚未出现，样本不足。不过Arp本人却没有改变看法，据说至今还不时发表文章宣称类星体红移非宇宙学起源。当然，此人也算是知名的稳恒态宇宙论支持者，有此举动也并不奇怪。
那么为什么如今可以基本确定，类星体基本是宇宙学距离上的活动星系核？关键就是宿主星系的发现。考虑普通星系与类星体的亮度比，再假设高红移确实是宇宙学起源，那么在此距离上的普通星系应该是相当暗淡的，而在明亮的类星体衬托下更难觉察。事实上根据现有的活动星系核分类方法，如果宿主星系清晰可见，那就是活跃性次一等的Seyfert星系而非类星体了。所以虽说80年代就已经陆续有观测报告称在类星体周围发现疑似星系的模糊天体，直到90年代中期新型望远镜陆续落成之后，人们才知道了宿主星系的真面目，也方才确定了类星体的身份。
哈勃空间望远镜观测到的类星体宿主星系。（图片提供：J. Bahcall, M. Disney and NASA）
类星体身份最终的确定除了完善了活动星系核的统一图景，更稳定了标准大爆炸宇宙学的地位。当然，它们随红移的分布也为星系演化理论提供了线索。
参考资料：
[1] GALAXIES AT HIGH REDSHIFT: QUASARS
[2] Global Telescope Network: Quasar
[3] Quasars, Redshifts and Controversies By Halton C. Arp
[4] Nilsson, K. & Lehto, H. J., 1997, Astronomy and Astrophysics, v.328, p.526-530
