宇宙變色龍：BL Lacertae 的驚人光之秀讓天文學家目瞪口呆

BL Lacertae，這個神秘的天體，打破了長久以來的分類規則，讓天文學家們大感困惑。最初被誤認為是一顆變星，這個活躍星系發射的高能噴流突然違背了預期。2020年至2023年的觀測顯示，BL Lacertae 並不完全符合已知的三種耀變體分類，而是在分類之間不可預測地轉變。這種快速的轉變，尤其是在X射線輻射方面的變化，引發了關於其背後物理機制的激烈討論。它是否是一種全新的耀變體？還是有一種未知的機制在起作用，以前所未有的速度改變其輻射模式？

宇宙再次讓天文學家感到驚訝。耀變體——那些向地球發射強大物質噴流的活躍星系——長期以來一直是根據其電磁輻射進行分類的。然而，這個曾經清晰的分類系統剛剛受到了質疑。來自波蘭克拉科夫核物理研究所（IFJ PAN）和德國海德堡大學（HU）的波蘭和德國科學家團隊在《天文學與天體物理學》期刊上發表了新的研究結果，揭示了一個不符合任何已知分類的耀變體。

BL Lacertae，這個引發關注的耀變體，最早於1929年在天龍座（Lacerta）被觀測到。當時，天文學家認為它只是我們銀河系中的另一顆變星。但後來的觀測揭示了一個驚人的事實：這個看似普通的星體實際上位於約9億光年之外——遠遠超出了我們的銀河系，證明瞭它是一個更為強大的天體。

在可觀測宇宙中的數千億個星系中，有一些是活躍星系。這些星系的核會發射出大量的電磁輻射，這可能是由於物質落入中央超大質量黑洞時發生的複雜過程。在某些星系中，從黑洞兩極噴射出的電離物質噴流可以延伸到極遠的距離，在某些極端情況下甚至超過一百萬光年，這是活躍星系的顯著標誌。如果噴流朝向地球，天文學家將產生這種噴流的星系稱為耀變體。BL Lacertae 正是這樣一個天體。

耀變體之所以引人注目，不僅因為噴流的方向和其粒子接近光速的巨大速度，還因為它們的輻射跨越了從無線電波到極高能伽馬射線的各種電磁波長。IFJ PAN 的 Alicja Wierzcholska 博士解釋道：「我們專注於分析BL Lacertae 發射的電磁輻射能量。為什麼我們選擇這個耀變體？因為它在近年來的活躍性以及我們在早期觀測中已經注意到的一些輻射特徵。」

這些觀測於2020年至2023年進行，使用了美國尼爾·蓋勒斯·斯威夫特天文臺（Neil Gehrels Swift Observatory）衛星上的儀器，並在硬X射線波段補充了來自NuSTAR太空望遠鏡的資料。除了X射線波段，研究人員還記錄了光學和紫外線波段的輻射，因為耀變體的電磁輻射範圍從無線電波延伸到最高能量的伽馬射線。

耀變體可以進一步分為平譜射電類星體和BL Lacertae 天體（BL Lacs），後者的發射線較弱，且其名稱正是源自BL Lacertae。在BL Lacs 中，還可以根據其能量光譜的形狀進行進一步分類。BL Lacertae 原本被認為是中間類別（IBL）的代表，但研究人員驚訝地發現，在X射線波段，它有時表現得像高頻峰BL Lac（HBL），有時又像低頻峰BL Lac（LBL），甚至在某些時候又回歸到IBL的狀態。更令人驚訝的是，這些變化發生得非常迅速。Wierzcholska 博士表示：「這是一種不尋常的行為，我們目前還無法解釋其物理基礎。」

目前，科學家們認為耀變體光譜中的兩個峰值可能與噴流中不同粒子群的行為有關。許多天體物理學家認為，低能峰值與電子的同步輻射有關，但對於高能峰值的來源尚未達成共識。要解釋BL Lacertae 的行為，可能需要找到一種不僅能解釋兩個峰值形成，還能解釋它們快速切換的機制。可以說，在這一謎題被解開之前，許多天體物理學家將度過無數個不眠之夜。

參考文獻：Alicja Wierzcholska 和 Stefan Wagner 於2025年1月28日發表在《天文學與天體物理學》上的研究《BL Lacertae 的異常X射線活動》。DOI: 10.1051/0004-6361/202451349。這項研究的計算部分得益於AGH Cyfronet 學術計算中心的支援，波蘭方面的工作由國家學術交流機構資助。