星係 : 物理學類 > 星係核
目錄
No. 1
  galactic nucleus
  星係的中心部分,一般具有高密度的星體和氣體,以及一個超大質量的黑洞。
簡述
  星係核是星係中心質量密集的區域,由大量的恆星、等離子體和高能粒子等組成。星係核有寧靜星係核和活動星係核兩種。寧靜星係核中有各種光譜型的恆星,可能還存在中子星、白矮星等緻密星。寧靜星係核常産生幂律譜形式的射電輻射。活動星係核具有劇烈活動現象,一般認為它的核心是一個黑洞,存在吸引力和噴流,還會發生星係核爆發。星係核爆發是宇宙中最壯觀的天文現象之一。
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  xingxihe
  星係核
  nucleus of galaxy
  大多數星係都有很密集的中心部分。以輻射壓和引力相平衡等為依據,可以推知星係核的質量M約為10^8個太陽質量M⊙。星係核中包含恆星以及電離氣體、磁場和高能粒子。正常星係的核,通常是“寧靜”的。從寧靜核中已經觀測到各種譜型的恆星,也可能存在中子星等各種緻密星。從一些星係核的譜綫得知,核中有大質量的等離子體(占核質量的千分之一),溫度約幾千度,每立方釐米電子數為nε≈10^3~10^6。
  寧靜核常常産生射電輻射,射電譜強度分佈呈幂律形式,即Iν∝ν^(-α);對絶大多數核,α=0.7。在頻率ν≈10^9赫處它的射電輻射譜強度Iν≈10^-8爾格/釐米&sup2;。觀測表明,星係核90%的光度是在很窄的紅外區域産生的。紅外輻射極大頻率ν極大=2.5×10^13赫(即λ極大=70微米);在極大頻率兩側,強度迅速下降(當ν<ν極大,Iν∝ν^35;當ν>ν極大,Iν∝ν^-35)。
  對大多數星係核而言,儘管它們的性質有很大差異,但它們的紅外輻射的極大頻率都是相同的。核有明顯活動的星係約占星係總數的1~5%。核活動最強的星係是類星體,其次是N型星係(見特殊星係)和塞佛特星係。星係核的活動期估計為10^5~10^7年。
活動形式
  ①劇烈的氣體運動:從測量塞佛特星係的發射綫可以估計,氣流速度可達每秒幾千公裏。這種氣流有時能一直延伸到核外幾千秒差距處。
  ②巨大的非熱輻射:和寧靜核相類似,強非熱輻射也是在紅外區達到極大,紅外極大頻率也是ν極大≈2.5×10^13赫,但是強度比寧靜時要大幾個量級,輻射功率可達10^46~10^47爾格/秒;總能量甚至可達10^62爾格。
  ③很強的光變:光學和射電的輻射強度隨時間有很大變化。例如3C273,有時在兩個月內光度的變化就差一倍。同時,對不同的波長,譜強度的時變幅度也不同:波長越短,時變越強。對多數活動星係核來說,光變時標近一年,從而可推知它的大小約為10^18釐米量級(相當於1秒差距)。
  ④規模巨大的爆發現象:有些星係核拋出大塊物質和相對論性粒子流,形成所謂物質噴射。M87就是一例。噴射物位於M87核的西北方向,其中有三個亮凝聚物和三個暗弱的凝聚物。凝聚物和核之間有發光“纖維”相連;此外,在這些噴射物相反方向也發現了一個小的噴射結構,其中有兩個凝聚物。有些星係核爆發時,物質嚮四面八方拋射出來,著名的例子是M82和NGC1275;許多射電星係和類星體有雙源結構,這也可能是某種爆發的結果。
理論模型
  ①緊密星團假說:認為在星係核中心,恆星密度非常高,以致發生非彈性碰撞,釋放出巨大能量。但是,要使碰撞成為星係核的能源,那就要求星係中心處星團的密度高達每立方秒差距10^11顆恆星,這與觀測相矛盾。
  ②黑洞假說:認為是引力坍縮的結果。雖然引力坍縮所釋放的能量可達2×10^54M/M⊙爾格的數量級,M/M⊙是星係核對太陽的質量比,但轉化機製還不清楚;更重要的是,引力坍縮在 10^-5M/M⊙秒的時間內就完成了,這與觀測到的活動核的準穩態相衝突。固然,吸積可暫時緩和這個睏難。但是,物質拋射將大大抑製吸積,因此睏難仍未解决。
  ③大質量旋轉磁多層球模型,即磁轉子模型:定性地說,旋轉引起磁場扭麯而産生中性綫(見磁合併),在中性綫附近發生磁場的動力學耗散,使聚積的磁能轉化為粒子的動能,粒子就以相對論性速度沿着相反兩個方向拋出,這就是磁轉子的爆發機製。拋出的電子沿核外啞鈴狀磁力綫迴旋,發出同步加速輻射,為我們所接收。磁轉子模型在解釋活動星係核的主要觀測事實上雖然取得一定的成果,但是,理論要求星係核的光度應有準周期性,這與觀測資料並不相符。此外,在解釋活動星係核的極大紅外輻射和規模巨大的爆發現象方面,磁轉子模型還沒有成功。
  ④引力彈弓和氣泡模型:引力彈弓模型認為,星係核內由於恆星碰撞,形成若幹大塊物質。計算表明,如果形成三塊以上的大塊物質,則會出現引力不穩定性,將物質拋射出來。但是,這種模型不能解釋星係核的對稱拋射。而氣泡模型是一種流體力學拋射,它假設相對論性粒子在核裏形成一個“氣泡”,以後分裂成兩個熱氣體泡,它們被星係際風吹到星係外,或被周圍冷氣體頂出來,形成大塊物質(氣泡)的拋射。這種模型要求有足夠的浮力,看來衹有處在星係團內的活動星係核纔可能實現這種拋射。
  ⑤等離子體湍動反應堆模型:這種模型可以闡明以下三個主要問題:反應堆中,強等離子體波可使粒子加速到極端相對論性速度;在反應堆中,可以形成相對論性粒子的幂律譜;給出了輻射譜的特徵,特別是解釋了星係核的極大紅外輻射,並且說明了各種不同星係核具有幾乎相同的紅外極大頻率的原因。然而,這種模型對星係核的拋射物質, 還不能作出有說服力的解釋。
參考書目
  E.H.Avrett ed.,Frontiers of Astrophysics,p.438,Harvard Univ.Press,Cambridge,1976.
  A. Ambartsumian, The Nuclei of Galaxies and their Activity,Interscience Publ.,London,1964.
百科大全
  xingxihe
  星係核
  nucleus of galaxy
  大多數星係都有很密集的中心部分。以輻射壓和引力相平衡等為依據,可以推知星係核的質量M約為10□個太陽質量M□。星係核中包含恆星以及電離氣體、磁場和高能粒子。正常星係的核,通常是“寧靜”的。從寧靜核中已經觀測到各種譜型的恆星,也可能存在中子星等各種緻密星。從一些星係核的譜綫得知,核中有大質量的等離子體(占核質量的千分之一),溫度約幾千度,每立方釐米電子數為n□≈10□~10□。寧靜核常常産生射電輻射,射電譜強度分佈呈幂律形式,即I□∝□□;對絶大多數核,□=0.7。在頻率□≈10□赫處它的射電輻射譜強度I□≈10□爾格/釐米□。觀測表明,星係核90%的光度是在很窄的紅外區域産生的。紅外輻射極大頻率□□=2.5×10□赫(即λ□=70微米);在極大頻率兩側,強度迅速下降(當□□□,I□∝□□)。對大多數星係核而言,儘管它們的性質有很大差異,但它們的紅外輻射的極大頻率都是相同的。
  核有明顯活動的星係約占星係總數的1~5%。核活動最強的星係是類星體,其次是N型星係(見特殊星係)和塞佛特星係。星係核的活動期估計為10□~10□年。
  活動形式 ①劇烈的氣體運動:從測量塞佛特星係的發射綫可以估計,氣流速度可達每秒幾千公裏。這種氣流有時能一直延伸到核外幾千秒差距處。②巨大的非熱輻射:和寧靜核相類似,強非熱輻射也是在紅外區達到極大,紅外極大頻率也是□□≈2.5×10□赫,但是強度比寧靜時要大幾個量級,輻射功率可達10□~10□爾格/秒;總能量甚至可達10□爾格。③很強的光變:光學和射電的輻射強度隨時間有很大變化。例如3C273,有時在兩個月內光度的變化就差一倍。同時,對不同的波長,譜強度的時變幅度也不同:波長越短,時變越強。對多數活動星係核來說,光變時標近一年,從而可推知它的大小約為10□釐米量級(相當於1秒差距)。④規模巨大的爆發現象:有些星係核拋出大塊物質和相對論性粒子流,形成所謂物質噴射。M87就是一例。噴射物位於M87核的西北方向,其中有三個亮凝聚物和三個暗弱的凝聚物。凝聚物和核之間有發光“纖維”相連;此外,在這些噴射物相反方向也發現了一個小的噴射結構,其中有兩個凝聚物。有些星係核爆發時,物質嚮四面八方拋射出來,著名的例子是M82和NGC1275;許多射電星係和類星體有雙源結構,這也可能是某種爆發的結果。
  理論模型 ①緊密星團假說:認為在星係核中心,恆星密度非常高,以致發生非彈性碰撞,釋放出巨大能量。但是,要使碰撞成為星係核的能源,那就要求星係中心處星團的密度高達每立方秒差距10□顆恆星,這與觀測相矛盾。②黑洞假說:認為是引力坍縮的結果。雖然引力坍縮所釋放的能量可達2×10□M/M□爾格的數量級,M/M□是星係核對太陽的質量比,但轉化機製還不清楚;更重要的是,引力坍縮在 10□M/M□秒的時間內就完成了,這與觀測到的活動核的準穩態相衝突。固然,吸積可暫時緩和這個睏難。但是,物質拋射將大大抑製吸積,因此睏難仍未解决。③大質量旋轉磁多層球模型,即磁轉子模型:定性地說,旋轉引起磁場扭麯而産生中性綫(見磁合併),在中性綫附近發生磁場的動力學耗散,使聚積的磁能轉化為粒子的動能,粒子就以相對論性速度沿着相反兩個方向拋出,這就是磁轉子的爆發機製。拋出的電子沿核外啞鈴狀磁力綫迴旋,發出同步加速輻射,為我們所接收。磁轉子模型在解釋活動星係核的主要觀測事實上雖然取得一定的成果,但是,理論要求星係核的光度應有準周期性,這與觀測資料並不相符。此外,在解釋活動星係核的極大紅外輻射和規模巨大的爆
包含詞
星係核球星係核風星係核環星係核射電
活動星係核星係核爆發活躍星係核低電離星係核