宇宙的活動星係
活動星係的特點
活動星係又稱激擾星係,是一種有猛烈活動現象或劇烈物理過程的星係,包括類星體、塞佛特星係、射電星係和蠍虎天體等。
活動星係最主要的特點是:星係中心區域有一個極小且極亮的核,稱為活動星係核;有強的非熱連續譜;光譜中有寬的發射線。
有的活動星係有快速光變,時標為幾小時至幾年。有的活動星係有明顯的爆發現象,如噴流。活動星係的特點大多數是與活動星係核聯係在一起的。
有些活動星係輻射的絕大部分來自星係核,如類星體、蠍虎座BL型天體,其他部分的輻射幾乎觀測不到。
活動星係核
活動星係核是一類中央核區活動性很強的河外星係。這些星係顯得比普通星係活躍,在從無線電波到伽馬射線的全波段裏都發出很強的電磁輻射,人們將它們稱為活動星係。活動星係核是這些星係明亮的核心部分,尺度通常在一光年上下,隻占整個活動星係的很小一部分。但由於其光度大大超過宿主星係,因此活動星係核通常也指整個活動星係。
從20世紀60年代類星體以來,又相繼發現了許多具有類似特征的天體,都是係外星係,統稱為活動星係核,共同點是光譜具有很高的紅位移,表明距離遠在宇宙學尺度上,同時光度很高,遠遠高於普通的星係。
據進一步的觀測顯示,這些天體往往具有快速的光變,光變時標從數小時到數日不等,其尺度隻占整個星係的很小一部分。
此外,活動星係核的光譜範圍非常寬,表現為非熱輻射譜,還具有很強的發射線,同時往往伴有噴流現象。幾十年來,發現的活動星係核種類繁多,包括西佛星係、類星體、射電星係、蠍虎座BL型天體等,而且不同種類之間觀測特征相互混雜。
活動星係的分類
西佛星係:最早被證認的活動星係核。特點是核的亮度高,具有較強的高電離發射線,譜線很寬,有強大、變化的X射線和很強的紅外輻射,大部分為旋渦星係,也有不規則星係。根據發射線的寬度、形狀可分為Ⅰ型和Ⅱ型,Ⅰ型塞佛特星係具有寬的發射線,Ⅱ型隻具有窄的發射線。進一步還可以劃分成1.5、1.8、1.9等類型。
類星體:具有非常大的紅移,光度很高,光譜中有發射線,可見光波段為冪律譜,多數有X射線輻射,少部分具有很強的射電輻射。
射電星係:具有很強的射電輻射,大部分有兩個輻射源,稱為雙源型射電星係,通常為橢圓星係。根據發射線的寬度大體可分為寬線射電星係和窄線射電星係。
蠍虎座BL型天體:星係核非常亮,短時間的曝光和恒星很類似。光度具有很快的變化,射電輻射有很強的偏振,光譜中既沒有吸收線也沒有發射線,因此其紅移隻能從宿主星係的光譜推斷出來。
光學劇變類星體:光度具有很快的變化,往往是強射電源。與蠍虎座BL型天體合稱耀變體。
低電離核發射線區:核光度比較低,具有低電離的核發射線區,有時發現為低光度的II型塞佛特星係。
窄線X射線星係:具有高電離發射線,類似塞佛特星係,但光度較低。被認為是光譜受到星係內塵埃消光的塞佛特星係。
星爆星係:具有巨大的恒星形成區,紅外光度高於可見光光度,大部分為旋渦星係。屬於活動星係,但與活動星係核的關係尚無定論。除此之外還有N星係、茲威基星係、高偏振類星體、低光度活動星係核和熱星體等。
根據射電波段的輻射,還可以分為射電寧靜活動星係核與射電噪活動星係核兩大類。其中,射電寧靜活動星係核包括低電離核發射線區、塞佛特星係以及部分類星體,射電噪活動星係核包括射電噪類星體、耀變體(包括蠍虎座BL型天體和光學劇變類星體)射電星係等。
活動星係的演化
長期以來,人們一直對它們的機製和演化感到困惑,並投入了大量的人力物力進行研究,使得活動星係核成為20世紀90年代以來天文學最熱門和最活躍的研究領域之一。目前被廣泛接受的觀點認為,活動星係核由超大質量黑洞和吸積盤構成。
依據理論和觀測研究,人們建立了活動星係核標準模型,即中央是一個黑洞,周圍的物質受到引力作用下落,在黑洞周圍形成了吸積盤。由於耗散作用,氣體被加熱到很高的溫度,並逐漸下落到黑洞中央,並且形成了沿吸積盤法線方向的噴流。
活動星係核的觀測特征主要依賴於中心黑洞、吸積盤的特征以及觀測者的視線方向。
拓展閱讀
活動星係的數量約為正常星係總數的1%,其壽命約為一億年。人類對活動星係的本質了解得還很少,對活動星係的研究已成為星係天文學甚至整個天體物理中最活躍的領域之一。