臺北市立天文科學教育館

長期以來，天文學家嘗試利用宇宙中極為明亮的天體，作為測量遙遠宇宙距離的「量尺」，其前提是假設這些天體在不同宇宙時期，發出的不同波段輻射之間，遵循相同的光度關係。然而最新研究顯示，這項關鍵假設可能並不完全成立。研究指出，一條沿用近 50 年、用來描述超大質量黑洞周圍物質輻射行為的關係式，會隨宇宙時間而改變。這並不代表測量方法已經失效，而是意味著這把用來丈量遙遠宇宙的「量尺」，可能需要重新校準。

這項結果來自對「類星體」的最新觀測分析。類星體在 1960 年代首次被辨識出來，當時天文學家在光學影像中看到它們外觀如同恆星般集中，卻具有異常強烈的輻射，因此被稱為「類恆星天體」，也就是今日所稱的「類星體」。隨著觀測能力提升，天文學家逐漸發現，類星體其實位於遙遠星系的核心，被歸類為活躍星系核。這類天體的能量來源，來自星系中心的超大質量黑洞正在吞噬周圍物質。當物質在強大重力牽引下向內螺旋運動，會形成高速旋轉的吸積盤，並釋放出極為強烈的輻射，其光度可達整個星系的數百到上千倍。因此，類星體能在極為遙遠的宇宙中仍然清楚可見，並作為測量遙遠宇宙距離的重要觀測對象。

圖說：這是一幅描繪遙遠星系的藝術想像圖，其中心為一個活躍的類星體。類星體由星系核心的超大質量黑洞所驅動，黑洞吞噬周圍落入的物質，並釋放出極為龐大的能量。圖片來源：NASA

在過去近 50 年的研究中，天文學家發現，類星體在不同波段的輻射光度之間，存在高度穩定的對應關係，其中最常被使用的是 X 光與紫外線光度之間的關聯。只要量到類星體在紫外線與 X 光波段有多亮，便能推算其本身應有的光度，再與實際觀測到的亮度相比，就能估計其距離。正因為這種關係被認為在整個宇宙中都適用，類星體被視為潛在的「距離指標」，用來推估遙遠宇宙的尺度與結構。

然而，一項由雅典國家天文臺主導、並發表於《皇家天文學會月刊》的最新研究指出，這條長期被視為「放諸宇宙皆準」的 X 光與紫外線光度關係，其實並非一成不變。研究發現，當宇宙年齡約為現在的一半時，類星體所發出的 X 光相對於紫外線的光度表現，仍然彼此相關，但其對應方式已與鄰近宇宙明顯不同，顯示黑洞周圍吸積物質的結構與能量釋放機制，可能會隨宇宙時間而演化。為了確認這並非少數異常天體造成的偏差，研究團隊結合德國 eROSITA X 射線望遠鏡的最新觀測資料，以及歐洲太空總署 XMM-Newton X 射線天文臺的歷史資料，分析了一個規模前所未有的類星體樣本，結果顯示這種差異是一種整體族群層級的系統性變化。這項發現指出，在將類星體用來測量遙遠宇宙距離之前，原本假設 X 光與紫外線光度在所有宇宙時期都遵循同一套關係式，必須重新加以檢驗與校準。（編譯 / 段皓元）

資料來源：Royal Astronomical Society