天體物理10市公開課一等獎省名師優(yōu)質(zhì)課賽課一等獎?wù)n件

/10/10xkong@1第六章

河外星系研究歷史星系分類

星系測量特殊星系：活動星系

星系團

星系演化/~xkong/introast/10/10xkong@2LEARNINGGOALS活動星系和正常星系主要區(qū)分是什么？賽弗特星系、射電星系、類星體特征？

活動星系中心能源機制和統(tǒng)一模型？活動星系怎樣形成和星系演化理論？/10/10xkong@3定義：含有顯著猛烈活動一類星系星暴星系：內(nèi)部有巨大恒星形成暴發(fā)區(qū)。它特征是紅外光度顯著高于光學(xué)光度活動星系核：星系中心區(qū)域有一個極小而極亮核；有強非熱連續(xù)譜

活動星系數(shù)量約為正常星系總數(shù)1%活動星系/10/10xkong@4活動星系和正常星系能譜分布不一樣中心能源機制差異

/10/10xkong@5星暴星系StarburstGalaxies星系中有巨大恒星形成暴發(fā)區(qū)特征是紅外光度顯著高于光學(xué)光度普通星系也形成恒星,不過形成速度很慢.星暴星系中,恒星形成是非常猛烈/10/10xkong@6星暴星系中恒星形成猛烈，將在較短時間內(nèi)(lessthanabillionyears)消耗掉其內(nèi)部氣體starburstsaretemporary/10/10xkong@7星暴星系中形成很多大質(zhì)量恒星，他們演化到晚期發(fā)生超新星暴發(fā)，將產(chǎn)生星系風M82isthearchetypalstarburstgalaxy.

/10/10xkong@8Agalacticwindinasmallgalaxycandriveawaymostofitsgas/10/10xkong@9星暴星系主要特征：假如以現(xiàn)在恒星形成率(SFR)連續(xù)形成恒星，將在遠遠短于宇宙年紀(13.7Gyr)時標內(nèi)消耗掉其內(nèi)部氣體。Thisissometimesreferredtoasa"true"starburst.假如以現(xiàn)在恒星形成率(SFR)連續(xù)形成恒星，

其恒星形成時標也遠小于其動力課時標(perhapsonerotationperiodinadisktypegalaxy).ThecurrentSFR,normalisedbythepast-averagedSFRismuchgreaterthanunity/10/10xkong@10星暴觸發(fā)機制星系相互作用兩個星系并合/10/10xkong@11活動星系核

activegalacticnucleus(AGN)

AnAGNisacompactregionatthecentreofagalaxywhichhasamuchhigherthannormalluminosityoversomeoralloftheelectromagneticspectrum.AgalaxyhostinganAGNiscalledanactivegalaxy./10/10xkong@12活動星系核分類Radio-loudobjectsacontributionfromthejet(s)andthelobestheyinflatedominatestheluminosityoftheAGNRadio-loudquasars：射電類星體BLLacobjects

：蝎虎天體Radiogalaxies：射電星系Radio-quietobjectsaresimplersincejetandjet-relatedemissioncanbeneglected.Low-ionizationnuclearemission-lineregions(LINERs)：低電離核發(fā)射區(qū)Seyfertgalaxies

：賽弗特星系Radio-quietquasars/QSOs：射電寧靜類星體/10/10xkong@13活動星系核特點能量極高星系，中心是一個超大黑洞輻射絕大部分來自星系核，其它部分弱觀察特點：有有快速光變，

時標為幾小時至幾年有有顯著暴發(fā)覺

象，如噴流（Jet）有光譜中有寬發(fā)

射線，如Ha譜線/10/10xkong@14非熱輻射正常星系：恒星黑體輻射，熱輻射AGN：非熱輻射，SED峰值在FIR/10/10xkong@15Brightnucleus,jetsandirregularappearance/10/10xkong@16High,rapidvariability光變時標:severaldaystooneyear→sizeofthepowersource<1lyr/10/10xkong@17AGN光譜：強發(fā)射線和偏振/10/10xkong@18射電星系Radiogalaxy

通常指發(fā)出強烈射電輻射（比普通星系強一百到一百萬倍）星系

射電星系大多為橢圓星系、巨橢圓星系和超巨橢圓星系/10/10xkong@19M87長時間曝光短時間曝光射電觀察NIR觀察/10/10xkong@20發(fā)出強烈射電輻射(比普通星系強102～106倍)星系,

射電：(~1042-1045

ergs-1)

正常：(~1037-1039

ergs-1)射電連續(xù)譜普通為冪律譜，且有偏振，譜指數(shù)平均為0.75含有非熱性質(zhì)，起源于相對論性電子在磁場中運動時產(chǎn)生同時加速輻射射電星系射電形態(tài)多樣，可分為致密型、核暈型、雙瓣型、頭尾型和包含多個子源復(fù)雜形射電星系特征/10/10xkong@211954–CygnusAidentifiedwitha17.5maggalaxy–strongradiosourcescanbeopticallyfaint!1962-3C273identifiedwithastar-likeobjectwithpeculiarspectrum1931–KarlJanskydiscoversradioemissionfromtheGalaxy/10/10xkong@22NGC5128(CenA)radiogalaxyatabout2.5Mpc.HSTimage+VLA(6cm)image/10/10xkong@23/10/10xkong@24M87(VirgoA)Thefirstgalaxyfoundtohavejets/10/10xkong@25Radioemissionisproducedbyhigh-speedelectronsinmagneticfieldsthroughsynchrotronradiationThesystemmayappeartousaseitheralobeoracore–haloradiogalaxy,dependingonourlocationwithrespecttothejetsandlobes./10/10xkong@26HST觀察到從活動星系M87(射電星系)中心噴出一個長度為5000光年噴流

Thesynchrotronradiationofthejet(blue)contrastswiththestarlightfromthehostgalaxy(yellow)./10/10xkong@27/10/10xkong@28賽弗特星系SeyfertGalaxies極亮核區(qū)高電離發(fā)射線譜由譜線寬度分Sy1和Sy2namedafterCarlSeyfert,1943年首次發(fā)覺了這類星系/10/10xkong@291943–CarlSeyfert–surveyofgalaxieswithstar-likenuclei&brightemissionlinesNGC7742isaspiralgalaxywithaprominentyellownucleussurroundedbyspiralarmscontainingmanyyoung,hotblue

stars.ItisaSeyfertgalaxy,andfirststudiedbyastronomer

CarlSeyfertinthe1940s.

/10/10xkong@30NGC4151逐次深度曝光圖像Seyfert星系圖像深度觀察顯示其為旋渦星系/10/10xkong@31/10/10xkong@32AlmostallSeyfertgalaxiesarespirals.About1%ofallbrightspiralgalaxiesareSeyfertgalaxies.Theluminositiesoftheirnucleiareabout~1043-1045

ergs-1,ofthesameorderasalltherestofthegalaxy.Seyfert星系多為旋渦星系射電星系多為橢圓星系/10/10xkong@33Sy2

≤103kms-1Sy1

~104kms-1TypeISeyferts寬光譜發(fā)射線，velocitiesaround/high1000km/s.TypeIISeyferts窄光譜發(fā)射線，haveverylowvelocitiesSeyfertgalaxies

分類/10/10xkong@34StarburstgalaxyM94SeyfertgalaxyNGC7742核更亮，寬發(fā)射線/10/10xkong@35蝎虎座BL型天體

BLLacObjectsBLLacGalaxies,whicharealsocalledblazars,weremisnamed.Thefirstonediscoveredwasgivenastarname(BLLac),inparticularanameassociatedwithstarsthatchangebrightness.theseareactuallygalaxieswithverybrightcentralregions,sobrightthattheylooklikeabrightstarwhenseenatgreatdistances.亮核狀天體，譜線很弱或無、含有快速光變/10/10xkong@361929年發(fā)覺，蝎虎座BL型天體其名字來自其原型蝎虎座(Lacerta)天體BL特征以下：亮度改變極大，能夠在幾個星期內(nèi)增亮100倍

光譜普通缺乏發(fā)射線和吸收線恒星狀，非熱輻射主導(dǎo)橢圓星系/10/10xkong@37位于大橢圓星系onehundredimagesofBLLacgalaxiesNordicOpticalTelescope/10/10xkong@38Spectrashownoemissionorabsorptionlines-thisisafairlyunusualcharacteristicforagalaxy,especiallyanActiveGalaxyBLLacobjectshavespectradominatedbyafeaturelessnon-thermalcontinuum/10/10xkong@39OpticalspectraofsomeBLLacobjects

/10/10xkong@40/10/10xkong@41Rapidandviolentvariabilitywithindaystomonths./10/10xkong@42類星體QSOsQuasarswereoriginallythoughttobestarswithverystrangespectra.圖像和恒星相同，點源/10/10xkong@43Opticallyappearalmostaspointsources.Quasars–quasi-stellarradiosourcesQSOs–quasi-stellarobjects.Quasars,QSOs類星體3C273z=0.158

類星體發(fā)覺

(20世紀60年代四大天文發(fā)覺之一）MaartenSchmidt/10/10xkong@44Thefirstquasar3C273withverystrong,wide,unknownemissionlinesIn1963MaartenSchmidtinterpretedtheopticalemissionlinesof3C273ashydrogenBalmerlinesredshiftedby16%.HST+VLA/10/10xkong@45大部分連續(xù)輻射位于紅外波段Quasars：超大質(zhì)量黑洞吸積周圍物質(zhì)，釋放能量/10/10xkong@46

Anartist'simpressionofagrowingquasaraquasarisacompacthaloofmattersurroundingthecentralsupermassiveblackholeofayounggalaxy.

/10/10xkong@47High-zQuasarscharacteristicsveryfastmoving–z=6.4(v~0.96*c).veryfaraway-Hubble'sLaw光譜中有寬/強發(fā)射線

亮度極高：高紅移時依然能夠觀察到有些源存在光變：variableenergysourcesenergysource輻射區(qū)域?。?/p>

光變

光譜中存在大量低紅移吸收線系：Lymanalphaforest/10/10xkong@48SpectraofthecurrentlyhighestredshiftedquasarTheLymanAlphaForestisshowninthespectrumofthequasaronthebottom.

/10/10xkong@49GascloudsbetweenaquasarandEarthabsorbsomeofaquasar’slightWecanlearnaboutprotogalacticcloudsbystudyingtheabsorptionlinestheyproduceinquasarspectra/10/10xkong@50AGN統(tǒng)一模型

UnifiedmodelsofAGN

活動星系特征高光度(>1012

LSun)非熱連續(xù)輻射快速光變

輻射源大小<1pc特殊形態(tài)（亮核、噴流）寬發(fā)射線

輻射源內(nèi)氣體高速運動Emitenergyoverawiderangeofwavelengths活動星系核分類：Radiogal.、Sy1/2、QSOs、BLLac/10/10xkong@51中心大質(zhì)量黑洞，體積小黑洞外圍存在吸積盤吸積盤周圍存在氣體云吸積盤能夠產(chǎn)生垂直與盤噴流氣體云外圍有一個寬冷塵埃環(huán)(torus)/10/10xkong@52活動星系核統(tǒng)一模型

不一樣類型AGN只是因為觀察視角不一樣：'orientation-basedunifiedmodels‘射電寧靜(radio-quiet)AGN統(tǒng)一模型：射電弱SyI型星系是直接觀察到光度較低AGN本身Sy2型星系是視線方向上受到了冷塵埃環(huán)阻擋假如AGN光度較高，直接觀察到就是類星體射電噪(radio-loud)AGN統(tǒng)一模型：

射電強射電星系被遮蔽環(huán)擋住了視線類星體沒有被遮蔽環(huán)擋住視線假如視線方向與噴流夾角小，觀察到蝎虎BL型天體/10/10xkong@53/10/10xkong@54/10/10xkong@55WhatisthepowersourceforAGN?/10/10xkong@56黑洞-吸積盤模型：能源機制星系活動性源于星系關(guān)鍵區(qū)域超大質(zhì)量(106-1010M⊙)黑洞，黑洞物質(zhì)吸積提供了活動星系能源活動星系核“中央引擎”是一個超大質(zhì)量黑洞在引力作用下，黑洞周圍氣體朝黑洞下落含有角動量物質(zhì)，在黑洞周圍形成了吸積盤吸積盤中有耗散作用，氣體被加熱到很高溫度同時物質(zhì)下落到黑洞中央，釋放