首先我们知道类星体的光度约为 ,属于高光度天体,且光变时标短则几小时长则几年,由此可以知道类星体的尺度约为 。
从光度和尺度出发,在1969年,著名的Lynden Bell讨论了射电噪类星体的能源。类星体的寿命约为 年,因此,光度为 的类星体在一生中释放的总能量为 ,即。很明显,这也是类星体的能量下限。定义核反应的能量释放效率为 ,所生成的能量为E,质量为M,则根据公式 ,得到的 。而对于一个尺度为 、质量为 的类星体,其所蕴含的引力势能至少将达到 。因此,Lynden Bell认为,类星体的最重要的能源是引力收缩。
让我们考虑一个质量为 的史瓦西黑洞,其半径就是引力半径 。在距离黑洞中心 处、质量为 的物体的引力势能为 。如果物体从远处被黑洞吸积到 处,它所获得的能量E在不考虑相对论效应时为 ,这意味着能量转化的效率 ,比核反应的效率高了一个量级。
但是需要指出的是,Lynden Bell当时并没有要求类星体中心一定是一个黑洞,而当时也存在着诸如巨脉冲星模型和致密星团模型。
首先,类星体光变没有周期性,这就否定了巨脉冲星模型,因为巨脉冲星的自转一定会带来周期性。其次,类星体光变的自相关函数也否定了致密星团模型。
因此,类星体中心是一个超大质量黑洞便成了最好的模型。
参考文献:
黄克谅. 类星体与活动星系核[M]. 中国科学技术出版社, 2005.