[理学]南京大学 天体物理学 chapter 09-10.ppt

第九章 活动星系 §9.1 星系的活动性 §9.2 活动星系与活动星系核 §9.3 引力透镜和视超光速运动 §9.4 活动星系核的理论模型 §9.1 星系的活动性 1. 活动星系 绝大部分星系是正常星系，但也有部分星系表现出强烈的活动性，在观测上分为下面几种： 射电星系 赛弗特星系 蝎虎（BL Lac）天体 类星体 活动星系的特征 (1) 高光度 (2) 非热连续辐射 正常星系： 黑体辐射，极大值在光学波段，辐射主要来自星系内的恒星 活动星系： 热辐射（红外）+ 非热辐射，极大值在远红外波段 (3) 快速光变 光变时标：几天-1年→核区的大小不超过1光年 (4) 特殊形态 亮核、喷流、不规则形态 (5) 强发射线和极化辐射 2. 同步加速辐射 相对论性电子在磁场中作圆轨道或螺旋轨道运动时产生的辐射。 辐射功率 ~γ2B2β2，其中β= v/c，γ= (1-β2)-1/2. 即电子的运动速度越快，辐射越强。 方向性强。辐射主要限制在以电子运动方向为轴线的、半张角为α≈1/γ的圆锥内。电子的运动速度越快，方向性越强。 连续辐射 幂率谱 显著的偏振性 3. 活动星系 在所有的星系中活动星系所占的比例很小，约2%。星系的距离越远，活动星系的比例越大。 绝大部分活动星系是椭圆星系。 活动星系的高光度反映出它们的寿命很短，因此不可能独立成系，可能是正常星系的某个演化阶段。 §9.2 活动星系与活动星系核 1. 射电星系 (radio galaxies) 1960s, 英国射电天文学家完成 the 3rd Cambridge Catalog of radio sources. 很多射电源与遥远光学星系位置重合。 这些射电源包括位于星系中心的点源和跨越数千至数百万光年的延展源。 它们称为射电星系。 (1) 特征 大部分活动星系是射电星系。 射电光度（~1042-1045 ergs-1）远大于正常星系（~1037-1039 ergs-1）。 射电辐射一般具有非热性质。 大多数是椭圆星系。它们往往是星系团中光度最高、质量最大的星系。 在形态上分为致密型和延展型两类 致密型射电星系的射电像与光学像一致或稍小，也称为核-晕型射电星系。射电辐射来自核心。 延展型射电星系的射电像大于光学像，常表现为双瓣结构（长达1 Mpc）。射电辐射来自双瓣。 (2) 典型源 M87：室女星系团中心的巨椭圆星系。第一个观测到喷流的星系。喷流的长度约2 kpc，有团块结构，在射电到X射线波段产生同步加速辐射。 Centaurus A（NGC 5128）：具有射电喷流的超巨椭圆星系（E2）。可能源于5×108年前的星系合并。 Cygnus A：典型的双瓣结构（相距约300 kpc），与星系合并有关。 NGC 1265：头尾型射电星系。 (3) 理论模型 射电星系的致密核（超大质量黑洞）以连续喷流或分立团块的形式，向两侧对称地抛射高能电子。 高能电子冲击星系周围的物质产生双瓣。 高速运动的电子在磁场中产生同步加速辐射。 射电星系本身的运动造成双瓣射电星系不同的形态 致密型和延展型射电星系在本质上是一致的。它们不同的形态可能是由观测着视线方向的不同造成的。 2. 赛弗特（Seyfert）星系 美国天文学家赛弗特于1943年首先发现一些旋涡星系具有不寻常的亮核和发射线，赛弗特星系因此而得名。 具有极亮的星系核，有很强的红外和射电非热辐射（~1043-1045 ergs-1）。 一些赛弗特星系有很强且宽的H和重元素的发射线。 由发射线的宽度得到电离气体的运动速度达104 kms-1 . 根据发射线宽度的不同，赛弗特星系可以分为I型和Ⅱ型两类。前者同时具有很宽的H线和相对较窄的电离金属线，后者仅有窄线。相应的Doppler运动速度分别为~104 kms-1（宽线区）和≤103 kms-1（窄线区）。不同类型赛弗特星系的差别可能是由于观测者位置的不同引起。 光变时标为几个月→致密核 赛弗特星系的活动性可能与星系间的相互作用有关。 3. 蝎虎（BL Lac）天体 原型：蝎虎座BL（1929年发现）。恒星状，有暗弱包层 非热连续谱，发射线极弱或完全观测不到。 在γ射线辐射主要能量，同时有强烈的射电、红外辐射。 通常是椭圆星系。 在几天到几个月的时标内有快速而猛烈的光变 →致密核 4. 类星体（Quasars） 在20世纪60年代发现的射电源中，有些光学视形态类似于恒星，无法分解，因而被称为类星射电源，简称类星体。 光谱中有强而宽的未知发射线。 1963年Maarten Schmidt证认出它们实际上是红移了的H和其他元素的发射线。 通常认为这种红移是由宇宙膨胀的多普勒效应引起。 类星体3