活动星系

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第472页（3700字）

20世纪40年代后期，射电天文兴起和应用了新的测光技术以后，天文学家相继发现了一系列有激烈活动的河外天体，如赛弗特星系(Seyfert galaxy)、N星系(N galaxy)、类星体(Quasar)、蝎虎座BL型天体(BL Lac object)和射电星系(Radio galaxy)等。

这些天体的一个共同特点是：从一个很小的、直径几光年，甚至只有太阳系那么大小的亮核心中发射出巨大的能量－太阳光度的10¹²～10¹⁴倍，即比我们银河系的光度大50～5000倍。除类星体外，人们习惯上将这些天体概称为活动星系，亦称激扰星系。

近年来，许多观测事实表明类星体是遥远的Ⅰ型赛弗特星系的核，因此，类星体亦可归纳在活动星系的行列之中。

相对说来，哈勃当年发现的一些核心活动不太剧烈的椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系和不规则星系等则总称之为哈勃类型的正常星系(Normal galaxy)。

这两大类星系之间，除射电星系具有对称的巨大射电瓣之外，从外形上说，基本上没有太奇特的区别，主要在于星系核输出能量的大小。因此，说到活动星系应着重剖析其核心的活动情形。

活动星系核(Active galactic nucleus，AGN)的物理特征，通常涉及光度大小，射电输出的功率，有无宽发射线(例如，Ⅱ型赛弗特星系发射线的宽度相应于每秒几千公里核心气体的运动速度)，有无高激发态的窄发射线(例如，Ⅰ型赛弗特星系禁线的宽度只相当于每秒几百公里核心有关气体的运动速度)，光度的激变程度，红外、紫外及X射线发射的相对强度，连续谱与发射线强度之比以及辐射偏振的大小等等。经过多年的研究，对AGN的特征大体上可以概括为下列4条：①与相同哈勃类型正常星系的核心相比，具有更亮的致密核心；②非热辐射的连续谱发射；③其发射线表明它们来自恒星的激发机制；④变化的连续谱和／或发射线。许多赛弗特星系、射电星系及类星体都表现出这4个特征，而蝎虎座BL型天体(以下简称蝎虎天体)则明显地具有①、②及④3个特征。

还有一类由赫克曼(T．M．Heckman)在1980年命名的活动星系核：低电离核区(LINER，Low ionization nuclear emission region)则显示有特征③，有时有特征②或①。

在已知的全天亮星系中，约有1／3在其中心核球区，都表现有一定大小的低电离核区。有些学者认为，低电离核区与星系中的电离氢区(H Ⅱ区)和赛弗特星系核的区别在于三者是分别由激波、热星和幂律源所电离的。

多年来，困扰着天文学家的难题之一是AGN的能源机制问题：在一个亮度和发射区都急速变化着的直径约几光年大小的体积中怎么会发射出如此巨大的能量呢?虽有种种假说，如超大质量恒星说，超大质量磁核说等，但目前流行的仍旧是所谓超大质量黑洞模型，即在星系中心存在着一个10⁵～10¹⁰倍太阳质量的大质量黑洞。能量的产生和输运是由某种涌入星系中心的气体和连接黑洞与更远方气体的磁场的结合来完成的，一或二个从AGN向外的准直得较好的粒子、场及光子喷流以近乎光速的速度向外喷射。

用变化各种物理参数的办法来适应不同种类的AGN，这些参数有黑洞的质量，入射气体的速度，磁场的强度和方向，周围气体的几何形状，喷流准直的机制和精度，喷流的主要成分(电子及正电子或电子和质子组成的等离子体，磁场，光子等)以及喷流与我们视线间的夹角等等。

1987年，英国劳伦兹(A，Lawrence)在对观察到的各种活动星系的现象进行分析后，提出了对AGN统一的看法：(1)遮蔽着星系核尘埃的多少导致Ⅰ型和Ⅱ型AGN的区别，他把Ⅰ型和Ⅱ型赛弗特星系的概念推广应用到类星体和其他AGN。

由于罗旺－罗宾逊(Michael Rowan-Robinson)等人对AGN附近尘埃的研究，人们相信Ⅰ型赛弗特星系的宽发射线和Ⅱ型赛弗特星系的窄发射线是分别由两种不同区域之气体造成的：宽线区的气体离星系核只有几光年，这些气体运动得很快，而窄线区的气体离星系核较远且比宽线区气体大1000倍，其中所含尘埃也较多，如果小的宽线区气体被尘埃所遮挡，则观测到的现象主要反映了窄线区气体的活动，如果宽线区气体未被尘埃所遮蔽，则将观测到宽发射线，总之，宽线与窄线的对比视被尘埃遮蔽的程度而定；(2)对相对论性喷流，视角度的不同产生布莱札(Blazar)和Ⅰ型AGN的区别。布莱扎是蝎虎天体和光学激变类星体OVV(Optically Violent Variable Quasar)的合称，这些天体在亮度上变化得很快、有强偏振，并具有一个在所有波长上等强辐射的致密射电源和在可见光及近红外波段有平滑的连续谱。

1989年初，荷兰巴瑟尔(P．Barthel)提出了一个统一类星体和射电星系的模型。他是在比较了红移值在0．5～1．0之间的30个射电星系和12个类星体的性质后提出这一模型的：围绕着活动核中心“发电机”的，是一浓密尘埃云“面包圈”。

从星系核发出的喷流沿圈轴向星系两侧射出。

若圈壁正对着我们，由于尘埃圈挡住了星系核，观测者只见到从核心伸向远方的射电瓣，天文学家乃将其归入射电星系类；如果“面包圈”侧向着我们，观测者能直接见到亮核，这便是类星体了。

在尘埃圈斜对着我们的情形，一个喷流迎面而来，另一个喷流则远离而去。按照爱因斯坦相对论，从一快速运动物体发出的辐射在朝前方向上被“紧束”，使迎面而来的喷流显得比离我们远去的喷流亮几百倍，因而在望远镜中只看到从类星体发射出来的一个亮喷流。

而在射电星系的情形，两个喷流基本上都与我们的视线垂直，因而都能见到，但比起类星体的亮喷流来却要暗弱得多。该模型还能解释一些类星体中心喷流向外运动速度的超光速之谜。

如果沿喷流方向向发出强光和射电的源看去，强光将淹没来自源中气体的谱线，则我们见到的便是蝎虎天体了。

由此可见，按照巴瑟尔模型，射电星系、类星体和蝎虎天体乃是同一类天体，只是由于我们所见到的是不同的侧面，乃出现3类性质有所不同的天体。

欧洲南方天文台的塔德亨特(C．Tadhunter)和特斯维托努夫(Z．Tsvetanov)摄得的室女星座Ⅱ型赛弗特星系NGC5252的CCD(电荷耦合器件)像是对巴瑟尔模型的支持。该星系二次电离氧发射线的CCD像显示出从星系中心发出的对顶的两束光锥，每个光锥长约10万光年，光锥中还显现出一系列的“壳层”，如果星系盘中的星际介质被从星系核发出的但不是均匀地射向所有方向的射线所照亮的话，就会出现上述现象；另一幅按氧发射线和红色的氢α线一定强度之比的CCD像在星系中心显示出一道与上述光锥方向垂直的暗带。

两位科学家相信此暗带就是巴瑟尔模型中“面包圈”的投影，它约束着从星系核发出的质点或光线的方向。

活动星系与正常星系的区别，除星系核输出能量的大小外，还有个演化序列问题。

现在流行的看法认为，蝎虎天体可能是椭圆星系的早期演化阶段，而赛弗特星系是类星体向正常旋涡星系演化的中间过程。

随着观测手段的扩大和更新，新的观测结果不断涌现，活动星系中也不断出现新的名字，如马卡良星系(Markarian galaxy)、星爆星系(Starburst galaxy)、双核和多核星系(Double and Multiple nuclei galaxy)等。

对于各类活动星系，在观测和理论探讨两方面，中国天文工作者都做了可喜的贡献，其丰盛的内容从1987年以来出版的中国天文学文摘所载可见一斑。

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【参考文献】：

1 BermanL,Evans J C. Exploing the cosmos, 1983,386:449

2 Lawrence A. PASP, 1987,99(5) :309

3 Ptak R,stoner R. Comments on Astrophysics, 1987, X11(2):99

4 Trimble V. Nature,1989,337(6204): 212

5 Barthel P D. Astrophys J,1989,336:606

6 Sky &. Telescope,1990,79:8

7 程福臻，天文学进展，1989，7(3)∶241

(北京天文台许槑高级工程师撰)