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黑洞是非常迷人的天體。黑洞的引力如此之強,，以至于連光——宇宙中最快的東西——也無法逃脫它的束縛,。過去，人們認(rèn)為黑洞只是些有著極端性質(zhì)的特例,。而今,，我們知道黑洞在星系的形成和演化中起著至關(guān)重要的作用，包括我們的銀河系,。
但是如果我們沒法看到黑洞,，我們?nèi)绾沃浪鼈兊拇嬖谀兀科鋵嶋m然我們無法直接看到黑洞,，我們卻可以觀測到氣體,、塵埃和恒星落入黑洞時所發(fā)出的光和能量，也就是說我們可以在黑洞“吞噬”物質(zhì)的時候看到它們,。位于星系中心的那些超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量可以達(dá)到10億個太陽質(zhì)量,，當(dāng)某個超大質(zhì)量黑洞開始饕餮時，其過程是如此明亮,，以至于數(shù)百億光年之外也可以看見,。天文學(xué)家把所觀測到的這類過程稱為活動星系核，而其中那些最為極端的例子被稱為“類星體”。這聽起來挺讓人驚訝的,，本身完全不發(fā)光的天體竟然可以催生出宇宙中已知最明亮的現(xiàn)象,。
 類星體的藝術(shù)描繪。由Coleman Krawczyk (ICG Portsmouth)制作,。
類星體的光并不是黑洞本身發(fā)出的,，而是來自于正在落入黑洞中的物質(zhì)，主要是氣體,。位于黑洞外不同距離的物質(zhì)會產(chǎn)生不同類型的光,。最靠近黑洞表面（或者說視界）的氣體異常灼熱，會發(fā)出X射線,。從黑洞表面向外,，氣體會形成一個類似于太陽系大小的氣體盤。盤的內(nèi)側(cè)靠近黑洞的部分旋轉(zhuǎn)得比外側(cè)要快,，使得盤內(nèi)的氣體不斷互相摩擦,。這樣的摩擦使得氣體變熱而發(fā)光，產(chǎn)生可見光到紫外波段的光,。
從氣體盤外緣到大約3光年遠(yuǎn)的地方（類似于太陽到最鄰近的恒星的距離）,，溫度逐漸變低，由碳和硅組成的“星際塵?！鳖w粒得以形成,。這些塵埃云形成一個圍繞在氣體盤外的“塵埃環(huán)”。來自氣體盤的部分光會被塵埃吸收,，然后再以波長更長的紅外光的形式輻射出來,。在距離黑洞很遠(yuǎn)的地方，一些類星體在沿著極軸方向有射電噴流,。顧名思義,，這些噴流會產(chǎn)生射電波段的光，這是由被強磁場加速的電子所產(chǎn)生的,。這些噴流的尺寸可以達(dá)到30萬光年（約3倍于銀河系的直徑！）,。
這樣看來,，黑洞及其周圍真的一點兒也不“黑”。黑洞周圍所產(chǎn)生的光可以覆蓋從射電波直到X射線的所有波段,，其發(fā)光的范圍可以從地球軌道大小直到超過整個銀河系,。
在最早期的圖像巡天階段，SDSS就已把類星體研究推進(jìn)到了大爆炸后的10億年之內(nèi),，展示了早期黑洞的快速成長并勘察了宇宙重電離時期的尾聲,。
 從SDSS中的46000顆類星體數(shù)據(jù)所得到的疊加光譜。每一條類星體光譜都被轉(zhuǎn)制為一條橫線，然后從下到上按類星體的距離由近至遠(yuǎn)來排列疊加,。制作：X.
Fan and the Sloan Digital Sky Survey,。
SDSS的完整的類星體樣本比早先的類星體樣本要大數(shù)百倍，從而可以精確地告訴我們黑洞在整個宇宙歷史長河中是如何成長演化的,。SDSS的光譜顯示,，從早期宇宙至今，類星體的性質(zhì)變化其實非常小,。
 已知的類星體數(shù)目隨著時間的變化,，實線來自于最大的單一類星體目錄，虛線來自于混雜的類星體目錄,。SDSS的類星體目錄從2000年開始創(chuàng)建,。Fig.
1 from Richards et al. (2009).
SDSS的研究已通過對成團(tuán)性的研究探測了黑洞周圍的暗物質(zhì)環(huán)境，揭示了不同種類的類星體,，捕捉到了氣體移動所造成的類星體光譜的變化,，并使得我們可以對現(xiàn)今星系中的較為暗弱的吸積黑洞（活動星系核）做一個全面的普查。
這是SDSS為2015國際光之年所發(fā)布的文章之一,，由Coleman
Krawcyzk（ICG Portsmouth）,，Nic Ross（ROE）和Karen Masters（ICG
Portsmouth）共同完成。Qingqing Mao（Vanderbilt）翻譯,。
原文鏈接：http://blog./2015/01/30/how-sdss-uses-light-to-study-the-darkest-objects-in-the-universe/
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