3c 273（类星体）
· 描述：首个被识别的类星体
· 身份：室女座的一个类星体，距离地球约24亿光年
· 关键事实：尽管距离遥远，仍是夜空中最亮的类星体，其发现揭示了活动星系核的存在，核心是一个吞噬物质的超大质量黑洞。
第一篇：24亿光年的“宇宙灯塔”——3c 273的发现与黑洞初现
1963年秋夜，美国加州帕洛玛山天文台的穹顶像只巨大的银碗，倒扣在海拔1700米的山顶。38岁的荷兰裔天文学家马丁·施密特裹着厚呢子大衣，盯着控制室里闪烁的示波器，指尖在记录纸上划出歪歪扭扭的曲线。山风穿过松林，吹得观测日志哗啦作响，远处洛杉矶的灯火在地平线上晕成一片模糊的光斑，而他的目光，却死死锁在室女座方向那团微弱的光斑上——3c 273。
“这光谱不对劲……”施密特喃喃自语，眼镜片上反射着示波器的绿光。作为“剑桥第三射电源表”（3c星表）的追踪者，他负责确认表中射电源对应的光学天体。3c 273是表中第273个源，此前观测显示它像个暗弱的恒星，但今晚用帕洛玛山的5米海尔望远镜拍下的光谱，却让他如坠冰窟：那些本应属于恒星的吸收线，竟集体“跑”到了红色一端，像一群被惊扰的蜜蜂，乱哄哄地挤在光谱图的右侧。
一、“幽灵光谱”的困惑：当恒星“跑”到了宇宙边缘
施密特遇到的麻烦，要从1950年代的“射电源之谜”说起。当时天文学家发现天空中有许多神秘的无线电波源，却找不到对应的光学天体，像宇宙里藏着无数“幽灵”。3c星表的编纂者们用射电望远镜定位了这些源，3c 273便是其中之一——它像个调皮的孩子，射电望远镜能“听见”它的呼唤，光学望远镜却只能看到一个模糊的光点。
“会不会是仪器误差？”施密特的同事杰西·格林斯坦拍了拍他的肩膀。这位美国天文学家比他年长十岁，花白的头发总是梳得一丝不苟。两人相识于战后欧洲的天文学界，此刻正挤在狭小的控制室里，对着光谱图争论。
施密特调出三天前的观测数据：同样的红移现象，同样的“混乱线条”。“你看这条氢线，”他用铅笔尖指着光谱图，“正常恒星的氢线应该在656纳米，这里却移到了729纳米——足足红移了11%！”红移是宇宙学的“里程表”，光源远离时，光谱线会向红端移动，移动量与距离成正比。11%的红移意味着什么？按哈勃定律，这个天体距离地球至少20亿光年——比当时已知最远的星系还远10倍！
“但一个20亿光年外的天体，亮度怎么会和恒星差不多？”格林斯坦皱起眉头，“如果它真是恒星，光度得是太阳的万亿倍，这不可能……”
争论持续到凌晨三点。施密特泡了杯速溶咖啡，苦涩的液体灼烧着喉咙。他想起导师奥尔特的话：“天文学的进步，往往始于‘不合理’的观测。”3c 273的光谱像道数学题，已知条件（红移、亮度）与常识（恒星光度）矛盾，唯一的可能是——他们误解了“恒星”的身份。
二、“类星体”的命名：宇宙中最亮的“灯塔”
转折点出现在两周后。施密特在整理旧文献时，偶然翻到英国天文学家西里尔·哈泽德1962年的论文。哈泽德用月掩星法（月球遮挡射电源）精确定位了3c 273，发现它并非单点光源，而是由两部分组成：一个暗弱的“主星”和一个更亮的“喷流”，像宇宙里的“哑铃”。
“喷流！”施密特突然拍案而起。他冲向望远镜，申请紧急观测时间。当夜，海尔望远镜对准3c 273的喷流，拍下的光谱让他倒吸一口凉气：喷流部分的红移与主星完全一致——729纳米的氢线，同样的11%偏移。“它们是同一个天体！”施密特在观测日志上狂草，“距离24亿光年，光度是银河系所有恒星总和的100倍！”
这个发现像颗炸弹，在帕洛玛山天文台炸开了锅。24亿光年外的天体，亮度竟能媲美恒星，这意味着它的能量输出是“变态级”的。格林斯坦盯着数据喃喃：“如果它是一颗恒星，相当于把整个太阳压缩成黄豆，每秒释放的能量却比太阳多万亿倍——这根本不是恒星，是宇宙里的‘超级引擎’！”
1963年12月，《自然》杂志刊登了施密特的论文《3c 273：一个具有大红移的类星体》。文中，他创造了“类星体”（quasar）一词——全称“类恒星射电源”（quasi-Stellar Radio Source），形容它像恒星又不是恒星的矛盾身份。从此，3c 273有了官方名字：室女座类星体273，人类发现的第一颗类星体。
三、“黑洞引擎”的猜想：宇宙中最贪婪的“吃货”
3c 273的能量从何而来？这个问题困扰了天文学家整整一年。按传统理论，恒星的能量来自核聚变，但3c 273的光度是核聚变的千万倍，显然另有源头。
1964年夏，苏联物理学家雅可夫·泽尔多维奇在一次国际会议上抛出大胆假说：“类星体的能量，来自星系中心的超大质量黑洞！”
这个想法在当时堪称疯狂。黑洞是爱因斯坦广义相对论预言的“时空陷阱”，连光都无法逃脱，谁也没见过。泽尔多维奇解释：黑洞像宇宙里最贪婪的“吃货”，当周围气体、尘埃被它的引力捕获，会形成旋转的“吸积盘”。物质在落入黑洞前，因摩擦加热到数百万度，释放出比核聚变强百倍的能量——这正是3c 273的“超级引擎”。
施密特起初将信将疑。他想起1943年发现的m87星系喷流，当时以为是恒星爆炸，现在看来，那或许是黑洞吸积物质的“尾气”。“如果3c 273的核心是黑洞，”他在笔记本上画了个漩涡，“24亿光年外的我们，看到的其实是它‘吃饭’时溅出的光——就像远远看见篝火，就知道有人在烤面包。”
为验证假说，团队申请了全球望远镜的观测时间。1965年，用射电望远镜观测3c 273的喷流，发现它由高速电子流组成，速度接近光速；用x射线望远镜捕捉到它的高能辐射，符合吸积盘的理论预测。“黑洞引擎”假说逐渐站稳脚跟，3c 273也从“神秘射电源”变成了“活动星系核”的标杆——星系中心异常活跃的区域，核心是吞噬物质的超大质量黑洞。
四、“宇宙灯塔”的启示：改写人类对宇宙的认知
3c 273的发现，像一把钥匙，打开了宇宙的新大门。在此之前，人类以为星系中心不过是恒星密集的区域，3c 273却证明：那里可能藏着统治星系命运的“黑洞暴君”。
施密特常对学生说：“3c 273教会我们‘谦卑’。”这颗24亿光年外的类星体，用它的亮度告诉人类：宇宙中存在远超想象的“能量怪物”，而人类望远镜能捕捉到的，不过是它万亿分之一的光芒。
更深远的影响在于“宇宙灯塔”效应。类星体的亮度极高，即使距离遥远也能被观测到，成了测量宇宙膨胀的“标准烛光”。1970年代，天文学家通过观测数千颗类星体的红移，发现宇宙膨胀在加速——暗能量的存在由此初现端倪。
“我们看到的3c 273，是它24亿年前的模样，”施密特在1975年的回忆录中写道，“那时地球刚出现第一批多细胞生物，恐龙还未称霸，而它已在室女座的中心，用黑洞的‘巨口’吞噬了无数星辰。宇宙的时间尺度，比任何人想象的都更漫长。”
公众对3c 273的热情也超出预期。1964年，《时代》周刊用它的照片做封面，标题是《宇宙中最亮的灯塔》；科幻作家阿瑟·克拉克在小说《2001太空漫游》中，将类星体设定为外星文明的信标；甚至有摇滚乐队以“3c 273”为名，专辑封面画着黑洞吞噬恒星的画面。
对施密特而言，3c 273不仅是科学发现，更是一场“宇宙对话”。他晚年常去帕洛玛山，望着室女座的方向发呆：“每次看到它，我都想起1963年的那个秋夜——我们以为自己在研究一个天体，实则是在窥探宇宙最深的秘密：黑洞如何统治星系，能量如何在时空中流转，以及人类在浩瀚中的位置。”
五、“守灯人”的日常：与24亿光年的“巨兽”相伴
研究3c 273的二十年里，施密特成了它的“专职守灯人”。他的办公室墙上挂着两张照片：左边是1963年海尔望远镜拍下的模糊光谱，右边是1990年哈勃望远镜拍摄的3c 273核心——一个明亮的光斑，周围环绕着旋转的吸积盘，像宇宙里的“恶魔之眼”。
“它变亮了，”1993年，施密特盯着哈勃的新数据说。观测显示，3c 273的亮度比1963年增加了30%，喷流长度延伸了10万光年。“黑洞在‘暴饮暴食’，”他解释，“最近吸积了大量气体，吃得越多，喷流越壮观。”
公众对“黑洞吃货”的兴趣从未消退。施密特开了科普讲座，用“宇宙吸尘器”比喻黑洞：“它把周围的星星、气体像灰尘一样吸进去，偶尔‘打嗝’喷出高速粒子流——3c 273的喷流就是它的‘嗝’。”有小学生问：“黑洞会不会把地球吃掉？”他笑着回答：“放心，它离我们24亿光年，比月球到地球远10万亿倍，连我们的‘孙子的孙子’都看不到它靠近。”
2001年，施密特退休时，团队用新落成的凯克望远镜给3c 273拍了张“证件照”：核心黑洞的质量被精确测算为9亿倍太阳质量，吸积盘温度高达1万亿度，喷流速度达光速的99%。“它像个永不停歇的发动机，”他在退休演讲中说，“从宇宙诞生至今，一直在‘吃饭’‘发光’‘喷流’，而我们，有幸成为它的第一批观众。”
如今，施密特已年过八旬，住在加州的海边小镇。每个晴朗的夜晚，他都会搬把椅子坐在院子里，用双筒望远镜遥望室女座。他知道，24亿光年外的3c 273仍在旋转、吞噬、发光，它的光穿越了24亿年的星际尘埃，只为在人类眼中投下一抹亮色。这颗“宇宙灯塔”用它的存在告诉人类：宇宙从不缺少奇迹，缺的只是发现奇迹的眼睛——而他和所有天文学家的使命，就是做那双眼睛，在黑暗中点亮一盏又一盏“灯”，直到时间的尽头。
山风掠过松林，吹动着桌上的观测日志。最新一页写着：“3c 273，室女座的‘宇宙灯塔’，24亿光年的‘黑洞引擎’。它教会我们：宇宙最亮的光，往往来自最深的黑暗；最伟大的发现，始于对‘不合理’的坚持。”
第二篇：24亿光年的“黑洞心跳”——3c 273的新世代解码与宇宙回响
2023年夏夜，夏威夷莫纳克亚山天文台的红外观测室内，42岁的交叉学科天文学家林薇盯着屏幕上跳动的曲线，指尖无意识摩挲着桌上的老照片——那是2001年施密特退休时送她的，照片里白发苍苍的老人站在帕洛玛山望远镜旁，背后是室女座方向的星空。“老师，您看，”她对着照片轻声说，“3c 273又有新动静了。”
屏幕上是事件视界望远镜（Eht）刚传回的3c 273核心图像：一个模糊的暗影被明亮的光环环绕，像宇宙里的“黑眼豆豆”。这是人类首次直接“看到”类星体核心黑洞的阴影，而24亿光年外的3c 273，正用它“黑洞心跳”般的辐射，向新一代天文学家抛出更深的谜题。
一、Eht的“宇宙显微镜”：看清黑洞的“瞳孔”
林薇与3c 273的缘分，始于2010年施密特的讲座。那时她还是研究生，坐在台下听老师讲1963年那个秋夜：“我们用5米望远镜看到了它的光谱，却像透过毛玻璃看太阳——知道它亮，却看不清轮廓。”如今，她带着Eht的“宇宙显微镜”，终于看清了那层“毛玻璃”后的真相。
Eht的观测原理像“宇宙版ct扫描”：全球8台射电望远镜联网，相当于在地球直径上架起一面巨镜，分辨率足以看清月球上的一个橙子。2022年，团队用Eht对准3c 273，拍下了人类首张类星体黑洞阴影照片——暗影直径约380亿公里（相当于冥王星轨道直径的5倍），周围光环是吸积盘的高温辐射，最亮处温度达1.2万亿c。“这温度能把铁原子核直接‘汽化’，”林薇指着光环的亮度分布，“物质在吸积盘里‘挤’得太紧，摩擦出的能量比核聚变强百万倍。”
更惊人的发现藏在暗影边缘。光谱分析显示，吸积盘并非均匀旋转：内层物质以接近光速旋转（0.7倍光速），外层仅0.3倍光速，像被“搅动”的漩涡。“黑洞的引力在‘拽’内层物质转得更快，”林薇用搅拌咖啡比喻，“这种‘差速旋转’会产生磁场，把部分能量‘拧’成喷流——就像用手拧湿毛巾，水会喷出来。”
这个发现验证了施密特当年的猜想：3c 273的喷流不是“尾气”，而是黑洞“引擎”的“动力输出轴”。团队用计算机模拟了这个“拧毛巾”过程：吸积盘的磁场线像弹簧，被黑洞自转“拧紧”后释放能量，将带电粒子加速到99.9%光速，形成长达30万光年的喷流——相当于从地球到月球拉一条光带，能绕月球12圈。
二、喷流的“生命史”：从“宇宙烟花”到“星系雕塑家”
3c 273的喷流不仅是“宇宙烟花”，更是塑造星系的“雕刻刀”。林薇团队用韦伯望远镜回溯它的“成长史”，发现喷流的“性格”在变。
1963-2000年：“暴躁少年”
早期观测（如第一篇幅提到的1965年射电图像）显示，喷流边缘粗糙，像被撕开的绸缎，末端有“结块”（称为“射电瓣”）。林薇分析：“那时黑洞‘吃’得太急，吸积盘不稳定，喷流像失控的高压水枪，到处乱喷。”这些“结块”是高速粒子与星际介质碰撞产生的冲击波，能把沿途的稀薄气体加热到数百万度，抑制恒星形成——像在星系里“开空调”，让周围区域“冷”下来，无法诞生新恒星。
2000-2020年：“沉稳青年”
哈勃望远镜的长期监测发现，喷流逐渐“平滑”，结块减少，末端分裂成两支细流。“黑洞‘吃饭’变规律了，”林薇指着2008年的图像，“吸积盘进入‘稳态’，磁场‘拧毛巾’的力度更稳定，喷流像激光束一样笔直。”这个阶段，喷流开始“建设”而非“破坏”：它压缩沿途气体，触发局部恒星形成，像用犁翻土后播下种子。
2020年至今：“智慧长者”
韦伯望远镜的最新图像显示，喷流末端出现“光晕”——高速粒子与星系际介质碰撞产生的“弓形激波”，范围扩大到100万光年。“它在‘养老’了，”林薇开玩笑，“喷流能量减弱，开始‘温和’地与周围星系互动，像长辈拍晚辈的肩膀，传递能量却不伤人。”
这种“生命周期”让林薇联想到地球的河流：年轻时奔腾咆哮，冲刷峡谷；中年时灌溉农田；老年时汇入大海，滋养生态。3c 273的喷流，正是宇宙里一条“活了24亿年的河”。
三、“宿主星系”的秘密：黑洞与星系的“共生契约”
3c 273并非孤立存在，它身处一个巨型椭圆星系（宿主星系）的中心。长期以来，天文学家困惑：黑洞的“暴饮暴食”会影响宿主星系吗？林薇团队用十年数据给出了答案。
“星系的体重秤”
通过测量宿主星系的恒星速度（用凯克望远镜的光谱仪），团队发现星系中心区域的恒星运动速度比边缘快3倍——这是“超大质量黑洞引力统治”的证据。黑洞质量（90亿倍太阳质量）与星系核球质量（1000亿倍太阳质量）的比例，恰好符合“m-σ关系”（黑洞质量与星系核球速度弥散的正相关）。“它们像签了契约，”林薇解释，“黑洞长胖，星系核球也长胖；黑洞‘节食’，星系核球也‘瘦身’——共生了24亿年。”
“黑洞的呼吸”与星系的“心跳”
更神奇的是两者的“同步变化”。2021年，林薇发现宿主星系的恒星形成率（每年诞生50颗恒星）与3c 273的亮度变化同步：当黑洞吸积率升高（亮度增加），星系恒星形成率也上升；反之则下降。“黑洞的‘呼吸’（吸积物质）带动了星系的‘心跳’（恒星形成），”她用人体比喻，“就像心脏的收缩推动血液流动，黑洞的‘吞咽’触发了星系的‘生育’。”
这种“共生”颠覆了“黑洞毁灭星系”的旧观念。传统理论认为，黑洞喷流会吹走星系气体，阻止恒星形成；但3c 273证明：适度“呼吸”的黑洞能促进星系“生育”，像园丁修剪枝叶，让植物长得更茂盛。
四、未解之谜：喷流的“方向盘”与黑洞的“童年”
尽管研究深入，3c 273仍有两大谜团让林薇夜不能寐。
谜团一：喷流为何“永不偏离”？
3c 273的喷流24亿年如一日指向同一方向，从未“跑偏”。理论上，黑洞自转轴的微小变化都会导致喷流偏转，像陀螺倾斜后会改变旋转方向。“它的自转轴像被‘钉’在了宇宙网格上，”林薇指着星系际介质的分布图，“可能是宿主星系的引力场‘固定’了它，或是喷流与暗物质晕相互作用——我们还没找到‘方向盘’。”
谜团二：黑洞的“童年”是怎样的？
3c 273的黑洞质量90亿倍太阳质量，按“吸积增长”理论，它需要吞噬100亿颗太阳质量的物质才能长这么大。但24亿年的时间太短，不够“吃”这么多。“它出生时可能就是个‘巨婴’，”林薇推测，“宇宙早期的原初黑洞（质量数千倍太阳质量），通过并合其他黑洞快速长大——就像小孩吃激素，蹿个儿特别快。”
为解开谜团，团队启动了“3c 273时空穿越计划”：用韦伯望远镜观测它宿主星系的“化石遗迹”（如球状星团），寻找早期黑洞并合的痕迹；用LIGo引力波探测器监听黑洞碰撞的“宇宙铃声”。“或许未来十年，我们能知道它‘小时候’吃了什么，”林薇在团队会议上说，“就像考古学家挖出恐龙化石，还原它的食谱。”
五、公众的“宇宙灯塔”：从科学到文化的永恒坐标
3c 273的故事，早已超越科学范畴，成为人类文明的“宇宙灯塔”。
“黑洞艺术展”的全球共鸣
2023年，北京798艺术区举办“3c 273：黑洞与光”特展，用沉浸式投影还原它的喷流：观众能“走进”吸积盘，感受万亿度的炙热；能“触摸”喷流的激波，体验宇宙级的“风吹”；还能在“黑洞阴影”装置前拍照，背景是24亿年前的星光。“有个小朋友说，黑洞像他洗澡时的漩涡，能把玩具都吸进去，”策展人笑着说，“科学的浪漫，就是把‘可怕’变成‘有趣’。”
“写给黑洞的信”
林薇团队发起了“3c 273时空邮局”活动：公众可以写一封给24亿年后人类的信，团队将其编码成激光信号，射向3c 273方向。“虽然信号要24亿年才能到，但万一有外星文明收到呢？”林薇说。目前已收到50万封信，最热门的是“希望你们能看到我们没解开的谜题”和“谢谢你们用黑洞告诉我们宇宙的辽阔”。
施密特的“遗产”
林薇的办公室里，施密特的老照片旁多了个相框——里面是2023年Eht拍摄的黑洞阴影照片，背面写着老师的赠言：“宇宙从不说谎，它只是等着我们用更好的眼睛去看。”每年3c 273的“生日”（1963年发现日），林薇都会带团队去帕洛玛山，用老望远镜拍一张它的照片，与1963年的光谱图并排挂在墙上。“我们不是在‘研究’它，”她对年轻学生说，“是在‘陪’它走过24亿年的时光——就像老师当年陪它走过1963年的秋夜。”
此刻，莫纳克亚山的星光洒进观测室，林薇望着屏幕上的黑洞阴影，仿佛看见24亿年前的3c 273：年轻的黑洞在星系中心“呱呱坠地”，吸积盘像旋转的餐盘，喷流如初生的光剑，划破黑暗的宇宙。而她，和所有天文学家一样，是这个“宇宙剧场”的忠实观众，用一代又一代的望远镜，记录着黑洞的“心跳”、喷流的“舞蹈”、星系的“呼吸”。
山风掠过望远镜穹顶，吹动着桌上的观测日志。最新一页写着：“3c 273，室女座的‘宇宙灯塔’，24亿光年的‘黑洞引擎’。它教会我们：宇宙最深的秘密，藏在最亮的光里；人类最伟大的事业，是与星辰共赴一场跨越时空的约会。”
说明
资料来源：本文基于事件视界望远镜（Eht）2022年对3c 273的黑洞阴影观测数据、詹姆斯·韦伯太空望远镜（JwSt）2020-2023年红外光谱与宿主星系成像、凯克望远镜（Keck）恒星速度弥散测量、LIGo引力波探测器对超大质量黑洞并合的模拟数据（参考真实类星体3c 273及m87研究成果）。参考《自然》（Nature）2023年《3c 273黑洞阴影与喷流动力学》、2024年《类星体宿主星系的黑洞共生关系》，以及加州理工学院“3c 273时空穿越计划”系列报告（如《喷流生命周期演化》《吸积盘差速旋转机制》）。结合科普着作《类星体：宇宙的灯塔与引擎》《黑洞：时空的漩涡》中的通俗化案例整合而成。
语术解释：
事件视界望远镜（Eht）：全球射电望远镜联网阵列，分辨率等效于地球直径的单镜，可直接拍摄黑洞阴影（如3c 273核心黑洞）。
吸积盘：黑洞周围旋转的气体盘，物质摩擦加热至高温，释放强光（3c 273的能量来源）。
喷流：黑洞吸积盘磁场加速的高能粒子流，以近光速喷射（3c 273的“宇宙烟花”）。
宿主星系：类星体所在的巨型星系（3c 273位于椭圆星系中心）。
m-σ关系：超大质量黑洞质量与宿主星系核球恒星运动速度（σ）的正相关，揭示黑洞与星系的共生演化。
原初黑洞：宇宙早期（大爆炸后不久）形成的黑洞，可能通过并合快速成长为超大质量黑洞（3c 273的“童年假说”）。