會「殺死」星系的黑洞：類星體如何照亮並改變宇宙

宇宙不是孤島，而是大網

我們常把星系想像成宇宙中的小島，但實際上絕大多數原子並不在這些「小島」裡，而是分散在星系之間的媒介——「星際與星系間介質」。像樹根一樣，氣體沿著巨大的絲狀結構流動，匯聚到星系中，提供製造恆星的原料：氫和氦。

那些奇怪又亮得驚人的天體：類星體

上世紀五○年代，天文學家發現天空中有些像星星的無線電點源，但它們的性質很怪：體積看似小，卻發出巨大能量，還時而閃爍、會發出X射線，並且看起來以極高速度遠離我們。後來發現，這是因為它們距離非常遙遠，意味著我們看到的是它們在宇宙早期的樣子。要在這麼大距離還這麼亮，它們必須比整個銀河系亮上好幾千倍——這就是類星體（Quasar）。

能量從哪裡來？超大質量黑洞與吸積盤

類星體的光不是來自恆星，而是來自位於星系中心的超大質量黑洞旁邊的一個熱氣體盤，稱為吸積盤。想像把物質扔進一台巨大的重力發電機：物質在落入黑洞前以接近光速旋轉，互相摩擦、碰撞，溫度被加熱到數萬度，釋放出大量電磁能。黑洞本身吞噬物質並把能量帶走，但落入過程中被加熱並輻射出的能量卻可以逃到宇宙中。

這種重力轉能的效率非常高：相比恆星內部的核融合，黑洞吸積能釋放出的能量可高出數十倍。換句話說，在一個不比太陽系大的區域內，吸積黑洞就能放出超過整個星系所有恆星的總和。

類星體的極端例子與尺度

最活躍的類星體吞噬速度驚人：典型可以每分鐘吃掉相當於數個到上百個地球質量的氣體。它們還能形成噴流，把帶電粒子沿著磁場以接近光速噴出，噴流長度可以伸展到十萬光年，幾乎是把周圍宇宙挖出一條通道。想像一粒沙在亞馬遜河上能造成的影響，這種比例差距有時讓人難以置信。

類星體如何改變並「殺死」星系？

說類星體會「殺死」星系，其實是指它們能破壞星系形成新恆星的能力。恆星形成需要冷而密的氣體向內塌縮；但類星體釋放的強大輻射、熱能與噴流會把氣體加熱或直接推離星系。熱的氣體原子運動劇烈，彼此碰撞產生壓力，抵抗重力塌縮；被吹走的氣體更直接剝奪了未來形成恆星的燃料。

結果，星系的星形成率下降，雖然星系仍然存在，但它的生命力被削弱。這種「反饋」過程對宇宙的演化非常重要：如果所有星系都不受限制地快速形成大量恆星，會帶來大量短命而能量爆發的巨星與超新星，可能頻繁殺死行星上的生命條件；類星體的介入能在某些情況下穩定星系的演化。

不是只有破壞：類星體也會促成星形成

情況並不單純。類星體產生的衝擊波和噴流，有時會把周圍氣體壓縮，反而誘發短暫的新恆星形成。被驅逐的氣體也可能在更遠處冷卻，重新回流，成為未來的燃料。整體而言，類星體與星系互動的結果取決於能量輸出、氣體密度與星系環境，是一場複雜的「互動舞蹈」。

類星體的黃金時代與我們的銀河系

觀測顯示，類星體在宇宙年輕時非常普遍，約在一百億年前達到高峰。那時宇宙更緊密，周圍氣體豐富，黑洞更容易獲得大量燃料。至於我們的銀河系是否曾經是類星體，目前仍無定論。銀河中心的超大質量黑洞「人馬座A*」質量約為四百萬個太陽質量，可能在過去或未來某些時期活躍起來，特別是在銀河與仙女座合併時，新的氣體供應可能引發短暫的類星體階段。