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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，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)變越強(qiáng)。對多數(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（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，M/M⊙是星系核對太陽的質(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稱拋射。而氣泡模型是一種流體力學(xué)拋射，它假設(shè)相對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論性速度；在反應(yīng)堆中，可以形成相對論性粒子的冪律譜；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A2261-BCG天體的觀測細(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)天文觀測臺天文學(xué)家托德？勞爾（Tod Lauer）介紹：“我們使用哈勃空間望遠(yuǎn)鏡對該星系核區(qū)進(jìn)行觀測，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)鏡的觀測顯示在該星系核區(qū)內(nèi)不存在恒星集中的現(xiàn)象。”
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)天文觀測臺天文學(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。本項(xiàng)研究已經(jīng)發(fā)表在9月10號的《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·奧赫爾觀測臺，探測到了大約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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