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星系核

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  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108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ne≈103~106。宁静核常常产生射电辐射,射电谱强度分布呈幂律形式,即Ivv;对绝大多数核,α=0.7。在频率v≈109赫处它的射电辐射谱强度Iv≈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v极大=2.5×1013赫(即λ极大=70微米);在极大频率两侧,强度迅速下降(当v<v极大Ivv3.5;当v>v极大,Ivv-3.5)。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105~107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v极大≈2.5×1013赫,但是强度比宁静时要大几个量级,辐射功率可达1046~1047尔格/秒;总能量甚至可达1062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1018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1011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2×1054M/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。
  参考书目
 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.

 

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