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谁“发现”了类星体

发表时间:2017-12-15 17:39:23

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  图为因确认类星体距离而登上1966年3月11日《时代》周刊封面的斯密特

  2008年,美国加州理工学院的天文学家斯密特与英国剑桥大学的林登-贝尔获得了首届科维里天体物理学奖,奖金100万美元。他们获奖的原因是“极大地提升了人们对类星体特性的理解”。

  类星体是上世纪60年代“四大发现”之一。四大发现中,微波背景辐射与脉冲星在上世纪70年代获得了诺贝尔奖。可为什么与类星体有关的科学家没有获得诺贝尔奖,却只在2008年才获得了远没有那么著名的科维里奖呢?这是因为,没有人能说得清到底是谁“发现”了类星体。这是一个复杂而又交织着爱恨悲欢的故事。

  20世纪50年代,射电天文学蓬勃发展。所谓的射电,就是无线电。射电天文学家发现了天空中很多发出射电辐射的天体。剑桥小组的天文学家将一部分特殊的射电源编入一个表格,并不断更新,最著名的是“剑桥射电源第三星表”,英文缩写为“3C”。

  1960年春,闵可夫斯基确定3C表中的3C295是一个距离达到50亿光年的射电星系。同年夏天,马修斯带着3C表找到桑德奇,他确定了这些射电源的精确位置,希望桑德奇能够观测自己圈出的射电源,验证它们是不是星系。桑德奇于同年秋天使用5米口径的光学望远镜观测了表中的第48号射电源——3C48,探测到明亮的可见光辐射,并获得了它的光谱。

  但是,桑德奇发现它是一个点状光源,明显小于星系;此外,它的亮度就会变化。因此,桑德奇认为这不是星系,而是一颗类似恒星的天体。桑德奇还发现,这颗“星”的光谱中的一些发射线与普通的恒星不同,无法判断出这些线对应何种化学元素。他继续研究,却无法前进了。

  1962年12月底。斯密特得到了3C表中的另一个天体3C273的光谱,发现它的光谱也非常奇怪。就在他打算放弃时,他发现这颗星的光谱与常见的氢的光谱很像,只是位置不对,如果假设这条光谱向红色一端移动(红移),并将其往回移,那就可以与氢的光谱完全符合。换句话说,这条线可能是显著红移的氢线。斯密特计算出这条线的红移为0.16,意味着这个光源的速度达到了光速的0.16倍,即48000千米每秒,与地球的距离是15亿光年,比银河系亮得多,这是惊人的结果。这些比星系还亮却像恒星的天体被称为“类星体”。

  斯密特欣喜若狂。而桑德奇在得知结果之后,懊悔不已。此前他认为3C48是一颗银河系内恒星,从未考虑过红移的可能性。此时他只能用这个思路来解释3C48。然而,格林斯坦的介入,让他失去了这个机会。

  在斯密特解开3C273的谜团时,格林斯坦恰好来到斯密特的办公室。得知3C273的研究进展后,格林斯坦立即意识到3C48的奇怪光谱也可以用光谱的红移来解释,他计算出3C48的红移为0.37。在《自然》杂志的同一期,斯密特发表了研究3C273的论文,斯密特与马修斯发表了研究3C48的论文。唯有桑德奇悲凉地发现自己一无所获。

  格林斯坦的行为让桑德奇陷入痛苦。桑德奇发现了3C48的可见光对应物,但格林斯坦却将他未完成的工作抢先完成了。格林斯坦曾经是桑德奇的老师,桑德奇一直非常爱戴他,在自己办公室的门上贴着格林斯坦的照片。很快,格林斯坦发现那张照片被撕成一条条了:他伤害了曾经的学生。斯密特、格林斯坦和马修斯在此后几年内又发表了一些论文,后来,格林斯坦和马修斯不再研究类星体。格林斯坦痛心地说,类星体伤害了太多人。

  1964年,萨尔彼得与泽尔多维奇分别提出,星系中的一些物质落入中心的超大质量黑洞,将一部分能量转化为辐射,发出强光,可以解释类星体的亮度。1969年,林登-贝尔进一步发展了这个理论,并提出:大多数星系中心有处于休眠状态的超大质量黑洞。现在,这些理论都已经被观测证实。

  桑德奇首次发现伴随射电辐射的类星体,并在1965年首次发现不发出射电辐射的类星体,却没有首先确定出类星体的距离;斯密特首次确定了类星体的距离,却没有首先发现类星体。因此,没有人算得上是类星体的真正“发现”者。此外,类星体的理论解释也涉及多人。也许这就是这些先驱都无法获得诺贝尔奖的原因之一。所以,科维里奖的授奖词中说斯密特和林登-贝尔“极大地提升了人们对类星体特性的理解”,而不说他们分别是发现者和理论解释者。但是,没有让桑德奇分享这个奖,却不公平。2010年,桑德奇去世了。

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