目录 galactic nucleus
星系的中心部分,一般具有高密度的星体和气体,以及一个超大质量的黑洞。 星系核 是星系中心质量密集的区域,由大量的恒星、等离子体和高能粒子等组成。星系核 有宁静星系核 和活动星系核 两种。宁静星系核 中有各种光谱型的恒星,可能还存在中子星、白矮星等致密星。宁静星系核 常产生幂律谱形式的射电辐射。活动星系核 具有剧烈活动现象,一般认为它的核心是一个黑洞,存在吸引力和喷流,还会发生星系核 爆发。星系核 爆发是宇宙中最壮观的天文现象之一。
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xingxihe
星系核
nucleus of galaxy
大多数星系都有很密集的中心部分。以辐射压和引力相平衡等为依据,可以推知星系核 的质量M约为10^8个太阳质量M⊙。星系核 中包含恒星以及电离气体、磁场和高能粒子。正常星系的核,通常是“宁静”的。从宁静核中已经观测到各种谱型的恒星,也可能存在中子星等各种致密星。从一些星系核 的谱线得知,核中有大质量的等离子体(占核质量的千分之一),温度约几千度,每立方厘米电子数为nε≈10^3~10^6。
宁静核常常产生射电辐射,射电谱强度分布呈幂律形式,即Iν∝ν^(-α);对绝大多数核,α=0.7。在频率ν≈10^9赫处它的射电辐射谱强度Iν≈10^-8尔格/厘米²。观测表明,星系核 90%的光度是在很窄的红外区域产生的。红外辐射极大频率ν极大=2.5×10^13赫(即λ极大=70微米);在极大频率两侧,强度迅速下降(当ν<ν极大,Iν∝ν^35;当ν>ν极大,Iν∝ν^-35)。
对大多数星系核 而言,尽管它们的性质有很大差异,但它们的红外辐射的极大频率都是相同的。核有明显活动的星系约占星系总数的1~5%。核活动最强的星系是类星体,其次是N型星系(见特殊星系)和塞佛特星系。星系核 的活动期估计为10^5~10^7年。 ①剧烈的气体运动:从测量塞佛特星系的发射线可以估计,气流速度可达每秒几千公里。这种气流有时能一直延伸到核外几千秒差距处。
②巨大的非热辐射:和宁静核相类似,强非热辐射也是在红外区达到极大,红外极大频率也是ν极大≈2.5×10^13赫,但是强度比宁静时要大几个量级,辐射功率可达10^46~10^47尔格/秒;总能量甚至可达10^62尔格。
③很强的光变:光学和射电的辐射强度随时间有很大变化。例如3C273,有时在两个月内光度的变化就差一倍。同时,对不同的波长,谱强度的时变幅度也不同:波长越短,时变越强。对多数活动星系核 来说,光变时标近一年,从而可推知它的大小约为10^18厘米量级(相当于1秒差距)。
④规模巨大的爆发现象:有些星系核 抛出大块物质和相对论性粒子流,形成所谓物质喷射。M87就是一例。喷射物位于M87核的西北方向,其中有三个亮凝聚物和三个暗弱的凝聚物。凝聚物和核之间有发光“纤维”相连;此外,在这些喷射物相反方向也发现了一个小的喷射结构,其中有两个凝聚物。有些星系核 爆发时,物质向四面八方抛射出来,著名的例子是M82和NGC1275;许多射电星系和类星体有双源结构,这也可能是某种爆发的结果。 ①紧密星团假说:认为在星系核 中心,恒星密度非常高,以致发生非弹性碰撞,释放出巨大能量。但是,要使碰撞成为星系核 的能源,那就要求星系中心处星团的密度高达每立方秒差距10^11颗恒星,这与观测相矛盾。
②黑洞假说:认为是引力坍缩的结果。虽然引力坍缩所释放的能量可达2×10^54M/M⊙尔格的数量级,M/M⊙是星系核 对太阳的质量比,但转化机制还不清楚;更重要的是,引力坍缩在 10^-5M/M⊙秒的时间内就完成了,这与观测到的活动核的准稳态相冲突。固然,吸积可暂时缓和这个困难。但是,物质抛射将大大抑制吸积,因此困难仍未解决。
③大质量旋转磁多层球模型,即磁转子模型:定性地说,旋转引起磁场扭曲而产生中性线(见磁合并),在中性线附近发生磁场的动力学耗散,使聚积的磁能转化为粒子的动能,粒子就以相对论性速度沿着相反两个方向抛出,这就是磁转子的爆发机制。抛出的电子沿核外哑铃状磁力线回旋,发出同步加速辐射,为我们所接收。磁转子模型在解释活动星系核 的主要观测事实上虽然取得一定的成果,但是,理论要求星系核 的光度应有准周期性,这与观测资料并不相符。此外,在解释活动星系核 的极大红外辐射和规模巨大的爆发现象方面,磁转子模型还没有成功。
④引力弹弓和气泡模型:引力弹弓模型认为,星系核 内由于恒星碰撞,形成若干大块物质。计算表明,如果形成三块以上的大块物质,则会出现引力不稳定性,将物质抛射出来。但是,这种模型不能解释星系核 的对称抛射。而气泡模型是一种流体力学抛射,它假设相对论性粒子在核里形成一个“气泡”,以后分裂成两个热气体泡,它们被星系际风吹到星系外,或被周围冷气体顶出来,形成大块物质(气泡)的抛射。这种模型要求有足够的浮力,看来只有处在星系团内的活动星系核 才可能实现这种抛射。
⑤等离子体湍动反应堆模型:这种模型可以阐明以下三个主要问题:反应堆中,强等离子体波可使粒子加速到极端相对论性速度;在反应堆中,可以形成相对论性粒子的幂律谱;给出了辐射谱的特征,特别是解释了星系核 的极大红外辐射,并且说明了各种不同星系核 具有几乎相同的红外极大频率的原因。然而,这种模型对星系核 的抛射物质, 还不能作出有说服力的解释。 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. xingxihe
星系核
nucleus of galaxy
大多数星系都有很密集的中心部分。以辐射压和引力相平衡等为依据,可以推知星系核 的质量M约为10□个太阳质量M□。星系核 中包含恒星以及电离气体、磁场和高能粒子。正常星系的核,通常是“宁静”的。从宁静核中已经观测到各种谱型的恒星,也可能存在中子星等各种致密星。从一些星系核 的谱线得知,核中有大质量的等离子体(占核质量的千分之一),温度约几千度,每立方厘米电子数为n□≈10□~10□。宁静核常常产生射电辐射,射电谱强度分布呈幂律形式,即I□∝□□;对绝大多数核,□=0.7。在频率□≈10□赫处它的射电辐射谱强度I□≈10□尔格/厘米□。观测表明,星系核 90%的光度是在很窄的红外区域产生的。红外辐射极大频率□□=2.5×10□赫(即λ□=70微米);在极大频率两侧,强度迅速下降(当□□□,I□∝□□)。对大多数星系核 而言,尽管它们的性质有很大差异,但它们的红外辐射的极大频率都是相同的。
核有明显活动的星系约占星系总数的1~5%。核活动最强的星系是类星体,其次是N型星系(见特殊星系)和塞佛特星系。星系核 的活动期估计为10□~10□年。
活动形式 ①剧烈的气体运动:从测量塞佛特星系的发射线可以估计,气流速度可达每秒几千公里。这种气流有时能一直延伸到核外几千秒差距处。②巨大的非热辐射:和宁静核相类似,强非热辐射也是在红外区达到极大,红外极大频率也是□□≈2.5×10□赫,但是强度比宁静时要大几个量级,辐射功率可达10□~10□尔格/秒;总能量甚至可达10□尔格。③很强的光变:光学和射电的辐射强度随时间有很大变化。例如3C273,有时在两个月内光度的变化就差一倍。同时,对不同的波长,谱强度的时变幅度也不同:波长越短,时变越强。对多数活动星系核 来说,光变时标近一年,从而可推知它的大小约为10□厘米量级(相当于1秒差距)。④规模巨大的爆发现象:有些星系核 抛出大块物质和相对论性粒子流,形成所谓物质喷射。M87就是一例。喷射物位于M87核的西北方向,其中有三个亮凝聚物和三个暗弱的凝聚物。凝聚物和核之间有发光“纤维”相连;此外,在这些喷射物相反方向也发现了一个小的喷射结构,其中有两个凝聚物。有些星系核 爆发时,物质向四面八方抛射出来,著名的例子是M82和NGC1275;许多射电星系和类星体有双源结构,这也可能是某种爆发的结果。
理论模型 ①紧密星团假说:认为在星系核 中心,恒星密度非常高,以致发生非弹性碰撞,释放出巨大能量。但是,要使碰撞成为星系核 的能源,那就要求星系中心处星团的密度高达每立方秒差距10□颗恒星,这与观测相矛盾。②黑洞假说:认为是引力坍缩的结果。虽然引力坍缩所释放的能量可达2×10□M/M□尔格的数量级,M/M□是星系核 对太阳的质量比,但转化机制还不清楚;更重要的是,引力坍缩在 10□M/M□秒的时间内就完成了,这与观测到的活动核的准稳态相冲突。固然,吸积可暂时缓和这个困难。但是,物质抛射将大大抑制吸积,因此困难仍未解决。③大质量旋转磁多层球模型,即磁转子模型:定性地说,旋转引起磁场扭曲而产生中性线(见磁合并),在中性线附近发生磁场的动力学耗散,使聚积的磁能转化为粒子的动能,粒子就以相对论性速度沿着相反两个方向抛出,这就是磁转子的爆发机制。抛出的电子沿核外哑铃状磁力线回旋,发出同步加速辐射,为我们所接收。磁转子模型在解释活动星系核 的主要观测事实上虽然取得一定的成果,但是,理论要求星系核 的光度应有准周期性,这与观测资料并不相符。此外,在解释活动星系核 的极大红外辐射和规模巨大的爆 星系核球 星系核风 星系核环 星系核射电 活动星系核 星系核爆发 活跃星系核 低电离星系核