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星系核
星系中心質(zhì)量密集的區(qū)域
基本信息
| 中文名 | 星系核 |
| 外文名 | nucleus of galaxy |
| 活動(dòng)形式 | 劇烈的氣體運(yùn)動(dòng) |
| 簡介 | 大多數(shù)星系都有很密集的中心部分 |
基本簡述
星系核是大多數(shù)星系都有很密集的中心部分。以輻射壓和引力相平衡等為依據(jù)，可以推知星系核的質(zhì)量M約為10^8個(gè)太陽質(zhì)量M⊙。星系核中包含恒星以及電離氣體、磁場和高能粒子。正常星系的核，通常是“寧靜”的。從寧靜核中已經(jīng)觀測(cè)到各種譜型的恒星，也可能存在中子星等各種致密星。從一些星系核的譜線得知，核中有大質(zhì)量的等離子體（占核質(zhì)量的千分之一），溫度約幾千度，每立方厘米電子數(shù)為nε≈10^3～10^6。
寧靜核常常產(chǎn)生射電輻射，射電譜強(qiáng)度分布呈冪律形式，即Iν∝ν^(-α)；對(duì)絕大多數(shù)核,α=0.7。在頻率ν≈10^9赫處它的射電輻射譜強(qiáng)度Iν≈10^-8爾格/厘米2。觀測(cè)表明，星系核90%的光度是在很窄的紅外區(qū)域產(chǎn)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(cè)，強(qiáng)度迅速下降（當(dāng)ν<ν極大，Iν∝ν^35；當(dāng)ν>ν極大,Iν∝ν^-35）。
活動(dòng)形式
①劇烈的氣體運(yùn)動(dòng)：從測(cè)量塞佛特星系的發(fā)射線可以估計(jì)，氣流速度可達(dá)每秒幾千公里。這種氣流有時(shí)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(qiáng)非熱輻射也是在紅外區(qū)達(dá)到極大，紅外極大頻率也是ν極大≈2.5×10^13赫，但是強(qiáng)度比寧靜時(shí)要大幾個(gè)量級(jí)，輻射功率可達(dá)10^46～10^47爾格/秒；總能量甚至可達(dá)10^62爾格。
③很強(qiáng)的光變:光學(xué)和射電的輻射強(qiáng)度隨時(shí)間有很大變化。例如3C273,有時(shí)在兩個(gè)月內(nèi)光度的變化就差一倍。同時(shí)，對(duì)不同的波長，譜強(qiáng)度的時(shí)變幅度也不同：波長越短，時(shí)變?cè)綇?qiáng)。對(duì)多數(shù)活動(dòng)星系核來說，光變時(shí)標(biāo)近一年，從而可推知它的大小約為10^18厘米量級(jí)（相當(dāng)于1秒差距）。
④規(guī)模巨大的爆發(fā)現(xiàn)象：有些星系核拋出大塊物質(zhì)和相對(duì)論性粒子流，形成所謂物質(zhì)噴射。M87就是一例。噴射物位于M87核的西北方向，其中有三個(gè)亮凝聚物和三個(gè)暗弱的凝聚物。凝聚物和核之間有發(fā)光“纖維”相連；此外，在這些噴射物相反方向也發(fā)現(xiàn)了一個(gè)小的噴射結(jié)構(gòu)，其中有兩個(gè)凝聚物。有些星系核爆發(fā)時(shí)，物質(zhì)向四面八方拋射出來，著名的例子是M82和NGC1275；許多射電星系和類星體有雙源結(jié)構(gòu)，這也可能是某種爆發(fā)的結(jié)果。
理論模型
②黑洞假說
認(rèn)為是引力坍縮的結(jié)果。雖然引力坍縮所釋放的能量可達(dá)2×10^54M/M⊙爾格的數(shù)量級(jí)，M/M⊙是星系核對(duì)太陽的質(zhì)量比，但轉(zhuǎn)化機(jī)制還不清楚；更重要的是，引力坍縮在 10^-5M/M⊙秒的時(shí)間內(nèi)就完成了，這與觀測(cè)到的活動(dòng)核的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)相沖突。固然，吸積可暫時(shí)緩和這個(gè)困難。但是，物質(zhì)拋射將大大抑制吸積，因此困難仍未解決。
③大質(zhì)量旋轉(zhuǎn)磁多層球模型
即磁轉(zhuǎn)子模型：定性地說，旋轉(zhuǎn)引起磁場扭曲而產(chǎn)生中性線（見磁合并），在中性線附近發(fā)生磁場的動(dòng)力學(xué)耗散，使聚積的磁能轉(zhuǎn)化為粒子的動(dòng)能，粒子就以相對(duì)論性速度沿著相反兩個(gè)方向拋出，這就是磁轉(zhuǎn)子的爆發(fā)機(jī)制。拋出的電子沿核外啞鈴狀磁力線回旋，發(fā)出同步加速輻射，為我們所接收。
磁轉(zhuǎn)子模型在解釋活動(dòng)星系核的主要觀測(cè)事實(shí)上雖然取得一定的成果，但是，理論要求星系核的光度應(yīng)有準(zhǔn)周期性，這與觀測(cè)資料并不相符。此外，在解釋活動(dòng)星系核的極大紅外輻射和規(guī)模巨大的爆發(fā)現(xiàn)象方面，磁轉(zhuǎn)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(rèn)為，星系核內(nèi)由于恒星碰撞，形成若干大塊物質(zhì)。計(jì)算表明，如果形成三塊以上的大塊物質(zhì)，則會(huì)出現(xiàn)引力不穩(wěn)定性，將物質(zhì)拋射出來。但是，這種模型不能解釋星系核的對(duì)稱拋射。而氣泡模型是一種流體力學(xué)拋射，它假設(shè)相對(duì)論性粒子在核里形成一個(gè)“氣泡”，以后分裂成兩個(gè)熱氣體泡，它們被星系際風(fēng)吹到星系外，或被周圍冷氣體頂出來，形成大塊物質(zhì)（氣泡）的拋射。這種模型要求有足夠的浮力，看來只有處在星系團(tuán)內(nèi)的活動(dòng)星系核才可能實(shí)現(xiàn)這種拋射。
⑤等離子體湍動(dòng)反應(yīng)堆模型
這種模型可以闡明以下三個(gè)主要問題：反應(yīng)堆中，強(qiáng)等離子體波可使粒子加速到極端相對(duì)論性速度；在反應(yīng)堆中，可以形成相對(duì)論性粒子的冪律譜；給出了輻射譜的特征，特別是解釋了星系核的極大紅外輻射，并且說明了各種不同星系核具有幾乎相同的紅外極大頻率的原因。然而，這種模型對(duì)星系核的拋射物質(zhì)，還不能作出有說服力的解釋。
參考書目
A. Ambartsumian,The Nuclei of Galaxies and their Activity,Interscience Publ.,London,1964.
據(jù)國外媒體報(bào)道，一份最新的天體觀測(cè)研究報(bào)告顯示，科學(xué)家在一個(gè)遙遠(yuǎn)的星系中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)巨型星系核，是此前見過的最大星系核，其形成機(jī)制可能源于兩個(gè)黑洞的合并事件。新發(fā)現(xiàn)的巨型星系核的跨度達(dá)到了1萬光年，研究人員將其編號(hào)為A2261-BCG。
天文學(xué)家使用美國國家航空航天局的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了它的存在，星系核呈現(xiàn)出難以想象的巨大，其所在的星系跨度是我們銀河系的10倍，星系核區(qū)所發(fā)出的星光顯得有些怪異，并沒有出現(xiàn)通常在星系核區(qū)可以看到的恒星聚光現(xiàn)象。
對(duì)A2261-BCG天體的觀測(cè)細(xì)節(jié)描述上最后一點(diǎn)顯得有些令人吃驚，因?yàn)?/span>超大質(zhì)量黑洞被認(rèn)為潛伏在該星系的核心附近，當(dāng)然并不是所有的星系中央都存在超大質(zhì)量黑洞。根據(jù)本項(xiàng)研究的合著者、來自亞利桑那州圖森市國家光學(xué)天文觀測(cè)臺(tái)天文學(xué)家托德？勞爾（Tod Lauer）介紹：“我們使用哈勃空間望遠(yuǎn)鏡對(duì)該星系核區(qū)進(jìn)行觀測(cè)，就如同將一個(gè)最大桃子給切開來，但是我們并沒有發(fā)現(xiàn)其中存在桃核。我們不能肯定地說該星系中央不存在黑洞，但哈勃望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)顯示在該星系核區(qū)內(nèi)不存在恒星集中的現(xiàn)象?！?/span>
A2261-BCG星系是阿貝爾2261星系團(tuán)中最亮的天體之一，其具有較為明亮的特征，其寬度達(dá)到了100萬光年，距離地球三十億光年，令科學(xué)家感到奇怪的是該星系存在一個(gè)明亮的、臃腫的核區(qū)，是其他極度發(fā)光核區(qū)三倍。天文學(xué)家認(rèn)為該星系中央發(fā)生了黑洞合并事件，數(shù)十億倍太陽質(zhì)量的黑洞可能使得星系核心出現(xiàn)“臃腫”。之所以在核區(qū)未發(fā)現(xiàn)大量的恒星集群釋放的光線，其中一個(gè)方案認(rèn)為黑洞合并事件分散了星系內(nèi)恒星的位置，一個(gè)黑洞失去運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力來源而墜入另一個(gè)黑洞中。
另一個(gè)方案認(rèn)為黑洞合并事件可創(chuàng)建引力波，這是一種獨(dú)特的時(shí)空結(jié)構(gòu)漣漪，并在一個(gè)方向上體現(xiàn)出最強(qiáng)的輻射釋放，使得星系中的超大質(zhì)量黑洞被“踢出”中央核區(qū)。國家光學(xué)天文觀測(cè)臺(tái)天文學(xué)家托德？勞爾認(rèn)為黑洞有些像恒星的“錨地”，在引力作用下恒星可圍繞黑洞進(jìn)行軌道運(yùn)動(dòng)，如果我們將其移除，那么星系將突然損失大量的質(zhì)量。A2261-BCG天體中的恒星似乎并沒有那么集中，而且他們處于向外運(yùn)動(dòng)的過程中。
根據(jù)位于巴爾的摩太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所的研究人員、本項(xiàng)觀測(cè)論文的第一作者馬克？珀斯特曼（Marc Postman）認(rèn)為天體“彈射”理論聽起來有些匪夷所思，但觀測(cè)宇宙卻是非常有趣的，有時(shí)你會(huì)發(fā)現(xiàn)一些奇特的東西。研究小組正在尋找A2261-BCG中央黑洞的證據(jù)，如果它是存在的話就可以探測(cè)到該黑洞產(chǎn)生的射電波。天文學(xué)家小組正在接觸位于新墨西哥州的射電望遠(yuǎn)鏡陣列，希望通過該望遠(yuǎn)鏡來觀測(cè)。本項(xiàng)研究已經(jīng)發(fā)表在9月10號(hào)的《天文物理》期刊上。
新華網(wǎng)華盛頓11月8日電（記者張忠霞）地球大氣層在正常情況下會(huì)不斷接觸到來自宇宙的高能射線，科學(xué)家們一直在尋找這種神秘宇宙射線的來源。一個(gè)國際科研小組8日宣布，根據(jù)最新的觀測(cè)成果，他們認(rèn)為宇宙射線的來源很有可能是活躍星系核。
由來自10多個(gè)國家的200多名物理學(xué)家組成的觀測(cè)研究小組，在定于9日出版的《科學(xué)》雜志上發(fā)表報(bào)告說，他們利用設(shè)在南美洲阿根廷的皮埃爾·奧赫爾觀測(cè)臺(tái)，探測(cè)到了大約80次宇宙高能射線活動(dòng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，宇宙中的射線源頭并不是均勻分布的。在專家們探測(cè)到的宇宙射線中，能量最高的射線通常來自附近活躍星系核較多的太空區(qū)域。所謂活躍星系核，是指星系緊密的中心位置，這里通常都是大型黑洞所在的位置，會(huì)噴發(fā)巨大的等離子體射流到星系之間的空間。
宇宙射線在星系間四散，其中在光臨地球大氣層的宇宙射線中，有一些射線粒子在飛抵大氣層并與之碰撞時(shí)，仍具有相當(dāng)高的能量?？茖W(xué)家們比喻說，經(jīng)過長途跋涉后抵達(dá)地球附近的有些射線粒子仍像一個(gè)個(gè)快速移動(dòng)的棒球。他們猜測(cè)可能活躍星系核處的黑洞磁場就像一個(gè)宇宙射線的加速器，使射線粒子獲得極高能量，以超高速飛行。過去幾十年，科學(xué)家們一直試圖通過各種途徑確定宇宙射線的源頭。此前，科學(xué)界也曾從理論上把活躍星系核作為宇宙射線的一個(gè)可能來源，上述最新觀測(cè)研究成果使他們更加確信宇宙射線很可能來自活躍星系核。
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