活动星系核
正常星系和活动星系核的比较研究
正常星系和活动星系核的比较研究星系是宇宙中的巨大恒星系统，由恒星、星际气体、尘埃和暗物质组成。
根据其核心活动状态的不同，星系可以分为正常星系和活动星系核。
正常星系是指核心没有或只有微弱活动的星系，而活动星系核则指具有巨大能量释放和强烈辐射现象的星系核。
正常星系核通常由中等质量的恒星和星际气体组成，其核心活动所释放的能量相对较低，主要是由恒星形成、星际物质互动和星系内部演化等因素决定的。
正常星系核的结构相对较简单，表现出均匀的亮度分布和规则的演化模式。
正常星系核的特征是形态规则、恒星分布均匀、辐射相对较弱，通常在不同波段都呈现出相似的特征。
与之相反，活动星系核的能量释放和辐射非常强烈，其物质状态和结构变化较为复杂。
活动星系核主要由黑洞、射电源和喷流组成，并伴随着强烈的射电、X射线等辐射现象。
活动星系核的能量释放主要来源于质量在黑洞附近聚积并形成吸积盘的物质，这种物质经过剧烈的碰撞和摩擦，释放出巨大的能量。
活动星系核的特征是形态多样、辐射强烈、射电辐射明显，对宇宙中物质演化和星系形成具有重要影响。
正常星系和活动星系核的比较研究对于理解宇宙演化、研究星系的形成与发展过程具有重要意义。
正常星系核的研究可以帮助我们了解宇宙中一般星系的结构和演化规律。
通过观测正常星系核的恒星分布、星际物质组成和星系内部运动，我们可以揭示星系的形成机制以及宇宙的一般性质。
而活动星系核的研究对于理解超大质量黑洞的形成和演化，以及黑洞与星系之间的相互作用过程至关重要。
通过观测活动星系核的吸积盘、喷流和射电辐射等特征，我们可以获取有关黑洞质量、旋转速度、吸积速率等重要参数的信息，并进一步研究黑洞与星系之间的相互作用过程。
近年来，随着天文观测和理论研究的深入，我们对正常星系和活动星系核的认识已经有了很大的进展。
我们发现正常星系核和活动星系核在形态、亮度和辐射特征上存在明显差异，同时也发现一些中间状态的星系核，其特征介于正常星系核和活动星系核之间。
类星体与活动星系核
§1. 类星体与活动星系核§1.1 活动星系核的分类活动星系(active galaxy)是一类特殊的星系, 其上存在着猛烈的活动现象或剧烈的物理过程，如超过恒星内部核反应的产能，相对论性高能粒子的产生，非热辐射，高能X 和γ射线，物质的喷射和爆发现象等。
但是，活动星系上的这些现象和过程主要发生在星系的核心，或者是从核心引发出来。
活动星系的核心即为活动星系核(active galactic nuclei, 简称AGN)。
在现代一般的文献中，除非特别指明，并不严格地区分活动星系和活动星系核，两者都用AGN 表示。
严格地定义活动星系核是很难的，至今没有一个统一的量化标准。
通常是根据活动星系核的主要观测特征来判断。
AGN 的观测特征主要有：(1) 明亮的致密核区。
有些AGN ，如类星体，只能观测到致密核区，其巨大的辐射光芒掩盖了星系的其余部分；有些AGN ，虽然可观测到星系，但致密核区的辐射占了星系总辐射的相当大的部分。
AGN 的光度在1043 ～ 1048 erg s -1,比正常星系高得多。
但尺度很小，一般认为，小于0.1 pc.(2) 在某些波段，如射电、光学、X 射线等，存在非热致连续辐射。
此时，谱呈幂律形式：νF ∝αν−，且辐射是偏振的。
或者，在某些波段的辐射是热致的，或以热辐射为主，但热辐射并不起源于恒星。
(3) 存在强的原子和离子发射线。
(4) 连续辐射的强度，发射线的强度和轮廓，偏振等可能随时变化。
(5) 具有比正常星系更强的发射高能光子（X 和γ射线）的能力。
具有以上全部或部分特征的称为活动星系核。
有些天体，如类星体，具有以上全部特征，是活动性最强的AGN 。
有些天体，只具有部分特征，如蝎虎天体，也是典型的AGN 。
有些星系，如银河系，中心有星系核，可能满足上面的(2)～(5)，但核的辐射功率小，与整个星系的辐射相比微不足道，这种星系核不称为活动星系核。
活动星系核包含很多品种。
类星体笔记
第一章.类星体与活动星系核AGN 的观测特征：（1）明亮的致密核区 pc s 1.0; erg 10~1014843-（2）某些波段，存在非热致连续辐射。
谱呈幂律形式：ανν-∝F 。
辐射是偏振的——辐射起源？（3）存在强的原子或离子发射线（4）连续辐射的强度，发射线的强度、轮廓和偏振可能随时变化（5）具有比正常星系更强的发射高能光子的能力大致分类：Quasar ——类星体（有时指射电噪类星体）QSO （Quasi-Stellar-Object ）——类星体Seyfert Galaxies ——赛弗特星系Radio Galaxies ——射电星系BL Lac Objects ——蝎虎座BL 型天体OVV （Optically Violent Variable ）——光学激变天体LINER （low ionization nuclear emission-line region ）——具有低电离核发射线区的星系Blazar ——耀变体（BL Lac 和OVV 的统称）第二章.类星体巡天一．巡天的意义：最遥远的一类天体，提供了最大的时间和空间跨度——研究宇宙的发展史类星体的空间分布、光度函数、类星体吸收线——类星体及有关天体的特征是怎样随红移演化；宇宙大尺度结构和星系形成演化的线索搜寻类星体的困难：1.类星体的面密度很低。
恒星的面密度是类星体的40倍以上2.选取类星体的候选者的方法不完善。
选择方法具有偏向性（红移、亮度）；选择效率与完备性巡天的依据：类星；强的发射线光谱；从伽马射线到射电波段的连续谱；连续辐射的光变【颜色巡天】1.紫外超（UVX）巡天（两色巡天）低红移（<2.2 ）类星体的幂律连续谱表明它们有明显的紫外超。
典型类星体U-B=-1，最热主序星U-B=0.4-0.5——类星体候选者标准：U-B<-0.4 。
只需测U、B星等，简单易行；效率不高历史：亮类星体巡天(BQS）判据是U – B < - 0.44 114 个类星体UKST(UK Schmidt Telescope)颜色巡天：BJ 和红区的R。
活动星系核(AGN)统一模型简述
活动星系核（AGN）统一模型简述天体物理系PB04203071 汪洋活动星系核是近来天体物理学中非常活跃的研究领域。
因为活动星系核涉及到天体物理中的最基本的问题，他在能量产生、辐射机制和宇宙论这些基本问题中占有关键的地位。
通过对活动星系核的研究，能够验证一些在实验室条件下无法产生的物理过程，验证一些重要的物理规律。
活动星系核的研究主要是源于对于特殊星系得研究。
与普通星系相比，特殊星系表现出不同寻常的特殊性质：包括形态上有致密的核区；核区有很高的光度，有强射电、红外和X 光辐射，且光度变化快，有较强的偏振；它们的光谱中会都有较宽的发射线，以及在通常情况下很难出现的高激发、高电离的禁线；在动力学特征上，特殊星系中在核区周围可以观察到高速的、非圆周运动的天体。
可以看到，特殊星系得特殊性主要的就集中在它的核区上。
由于观测到的特殊星系有很多不同的形态（正是因为他们不同于通常星系，无法划分类别，才将其归于特殊星系中），所以各种活动星系核之间有很大的差别。
也正因为如此，对这些星系核的分类以及建立模型是非常重要的。
最理想的情况是，用一个模型就能个解释所有的这些现象，这样显然就会对研究产生极大的帮助。
而且统一的模型也符合物理规律的“简单，普遍”的性质。
而直到目前的研究，有一种理论能够很好的解释AGN的很多性状，这就是黑洞吸积盘的模型。
这个模型也迄今为止被认为是比较完美的一个模型。
这个理论的基本思想使：在这些活动星系核的中心有一个巨大的黑洞，在黑洞周围围绕着星际尘埃形成巨大的吸积盘。
这正是活动星系和巨大能量的来源，高能射电、红外、X光辐射，以及光谱中的禁线等等，都可以用黑洞吸积模型所产生的极端条件来解释。
另一方面，活动星系核的活动周期，光度，谱线的不同可以用吸积盘的遮蔽来解释，AGN的不同主要是由于观测上的原因。
这就是黑洞吸积盘模型的一个示意图：一个环状的吸积盘围绕在中央黑洞的周围。
要了解活动星系核的这个模型，首先应该先直到对于活动星系和分类以及他们的特性和相互之间的不同，这样才能够对于怎样用统一模型去解释活动星系核有所理解。
认识耀变体
认识耀变体耀变体是一种密度极高的高变能量源，被假定为是处于寄主星系中央的超大质量黑洞。
耀变体是目前已观测到的宇宙中最剧烈的天体活动现象之一，并已成为星系天文学的一个重要话题。
耀变体是众多活跃星系中的一种，也被称为活跃星系核（AGN）。
不过，被称为耀变体的星体并非都完全相同，其仍可分为两种：第一种是高变类星体，也被称为光学剧变类星体（为类星体中的一类）；第二种为蝎虎座BL 型天体。
另外还有少量耀变体可能属于“过渡耀变体”类型，即兼具光学剧变类星体和蝎虎座BL型天体的某些特征。
耀变体（blazar）这个词由天文学家埃德·施皮格尔于1978年创造，用以指称上述两类天体的集合。
耀变体是一种相对论性喷流（在大概方向上）指向地球的活跃星系核。
因此，对其进行观测的我们通常处于喷流的“下游”。
这也说明了这两种耀变体的高变性和高密度的特征。
许多耀变体甚至在喷流的数个秒差距内出现超光速运动现象，这可能是由相对论性冲击波造成的。
此外，如引力透镜效应等替代模型则可解释少量与耀变体一般特征不符的观测结果。
耀变体和其他活跃星系核一样，都以物质落入位于寄主星系中央的超大质量黑洞同时产生能量作为其能量的最终产生机制。
在引力的作用下，黑洞周围的气体、尘埃，有时还包括星体朝黑洞下落，由于具有角动量，物质形成了一个围绕黑洞的炙热的吸积盘，并进入黑洞。
在此过程中，产生了大量的以光子、电子、正电子和其它基本粒子形态存在的能量。
这个作用区域十分狭小，大约只有10−3秒差距大小。
此外，在黑洞周围数个秒差距的范围内还会形成一个庞大的不透光圆环，在这个该密度的区域内包含着炙热的气体。
这些“云”从更靠近黑洞的区域中吸收能量，并再次辐射出去。
在地球上则可以通过耀变体电磁波谱范围内的谱线探知这些“云”。
与吸积盘面相垂直的则是一对从活跃星系核中喷射而出的、携带高能量的相对论性喷流。
这对喷流受到了来自吸积盘和吸积环的强大磁场和强烈辐射风的共同作用，得以保持很好的方向性。
宇宙黑洞的分类与特性
宇宙黑洞的分类与特性宇宙黑洞是宇宙中最神秘而又令人着迷的天体之一。
它们是由恒星坍缩形成的，具有极强的引力，甚至连光也无法逃离它们的束缚。
在宇宙中存在着多种类型的黑洞，每一种都有其独特的特性和形成方式。
一、超大质量黑洞超大质量黑洞是宇宙中最大的黑洞，其质量通常相当于数百万至数十亿个太阳的质量。
这些黑洞位于星系的中心，被称为活动星系核（AGN）。
它们通过吸积周围物质来释放巨大的能量，形成强烈的辐射。
超大质量黑洞的形成仍然是一个谜，目前科学家认为它们可能是由早期宇宙中的原始气体坍缩而成。
二、中等质量黑洞中等质量黑洞的质量介于几十到几百个太阳质量之间。
这类黑洞的存在尚未得到充分证实，但有一些观测数据表明它们可能存在于一些球状星团或星系中。
中等质量黑洞的形成机制尚不清楚，但有一种理论认为它们可能是由恒星聚集在一起形成的。
三、恒星质量黑洞恒星质量黑洞是由恒星爆炸形成的，质量通常在几个到几十个太阳质量之间。
当一个恒星耗尽了核燃料，无法继续支撑自身的重力时，它会发生剧烈的引力坍缩，形成一个黑洞。
恒星质量黑洞通常位于银河系中，它们可以通过吸积周围的物质来释放能量。
四、微型黑洞微型黑洞是质量非常小的黑洞，通常只有几个毫克。
它们的存在尚未得到实质性的证明，但有一些理论认为它们可能在早期宇宙中形成。
微型黑洞的特点是非常稳定，能够长时间存在。
五、旋转黑洞旋转黑洞是指具有自旋的黑洞。
自旋是指黑洞围绕自身轴线旋转的程度。
旋转黑洞具有更强的引力和更强的吸积能力，它们可以通过吸积物质来释放更多的能量。
六、超快旋转黑洞超快旋转黑洞是指自旋极大的黑洞。
由于自旋的存在，超快旋转黑洞的外部空间被严重扭曲，形成了一个称为“埃尔哥区”的特殊区域。
在这个区域内，时间和空间的扭曲达到了极致，形成了一种奇特的物理现象。
总结起来，宇宙黑洞的分类主要有超大质量黑洞、中等质量黑洞、恒星质量黑洞、微型黑洞、旋转黑洞和超快旋转黑洞。
每一种黑洞都有其独特的特性和形成方式，它们在宇宙中扮演着重要的角色。
活动星系核及恒星反馈和星系风
星系中恒星形成活动的剧烈烈程度正相关 (Mineo et al. 2012)。星系周热介质可能含有相 当多的质量量和 金金属，研究它对我们理理解盘星系的形成 至关重要。 3）活动星系核外流 在当前冷暗物质宇宙学（ΛCDM）框架下的星系成级次演化的主流模型中，质量相近的两 个盘状星系并合（Major Merger）是其中不可或缺的一个成分。早在 Sanders et al. （1988）的经典工作中，由星系并合引起的一系列过程在星系形成和演化中的重要性已 经得到了充分认识。星系并合引起的引力潮汐可以扰动恒星形成中的气体，触发星暴、活 动星系核现象。星系中心的超大质量黑洞在很短的时间延迟后，由于获得大量的气体供应 进入快速吸积、质量增长的过程，即活动星系核（AGN）状态。 目前较为普遍接受的观点认为，中心黑洞的活动在星系形成和演化过程中起到关键性 的作用。数值模拟工作往往通过植入一个活动星系核反馈（AGN Feedback）的关键成分 来移除大量的冷气体，避免过多恒星形成，来实现星系及其中心黑洞质量增长的自我调节， 才能获得和观测（例如著名的 M－σ关系）相符的模拟结果（Di Matteo et al. 2005, Springel et al. 2005）。更接近现实的理论模拟将依赖于添加重子物理过程的细节和对反 馈的详细过程深入研究。 4） 环 星系介质中的反馈 物理 环星系介质（circumgalactic medium; CGM）是近几年天文学研究的一个热点方向， 有大量的观测进展（尤其是氢原子与各种金属吸收线的探测），对星系的成长演化、失踪 重子之谜、星系际介质 IGM 的金属丰度演化等都有很大影响（Tumlinson et al. 2017）。 星系中已知的可见重子物质主要是恒星与星际介质，但只占按宇宙中重子物质比例预期值 的 20%以下，这个星系尺度的“失踪重子之谜”是低红移（红移 z < 2）宇宙中重子物质分 布的一个核心问题。近几年对类星体光谱中金属吸收线的观测研究，发现相当一部分失踪 重子隐藏在星系的暗物质晕中。所谓的“环星系介质”正是随着这些观测突破开始变得广为 人知的一个天文学术语。环星系介质可以定义为星系盘以外，星系暗物质晕维里半径之内 的重子物质，包含冷气体、温气体与热气体（见图 1 左）。观测表明，环星系介质有可 能可以解释银河系大小的星系的大部分或者全部失踪重子（Fang et al. 2013）。
活动星系核的演化研究
活 动 星 系核 的演 化 研 究
鲍玉英 ， 陈洛 恩， 李开毅
（ 玉溪 师 范 学 院 理 学 院 物 理 系 ， 云南 玉溪 ６ ５ ３ １ ０ ０ ）
摘 要 ： 活动星 系核 的演化研究在能量产生 、 辐射机制等基本 问题 的研究 中占有重要的地位。首 先对活动星系核的基本 性质及分类进行 了简单 的介 绍 ， 然后 根据搜集到 的数 据 ， 通过 分析发光 度 、 中心 黑洞质量 、 吸积率与红移 的关 系图， 进一步 支持 了活动 星系核 的演化存 在的两个演化 序列 的观点 ： 一 个 是平谱射 电类星体 Ｆ Ｓ Ｒ Ｑ逐步过渡 到 Ｂ Ｌ Ｌ ａ ｃ 天体 ， 然 后过渡到射 电星 系 Ｒ Ｇ， 最后 过渡到椭 圆星 系； 另
１ ９・
２ ０ ０ １ Ｅ ＂ ） ；７ 个 正 常 旋 涡 星 系 （Ｋ ｏ ｒ ｍｅ ｎ ｄ ｙ
２ 研 究 样 本
本文 搜集 的数 据 （ 热光度 、 中心 黑 洞质 量 、 吸 积率 及红 移 ） 样本 ， 主要 包括 ：
２ ０ ０ １ ［ ］ １
．
３ 演 化 序 列一
小， 到 了演 化 的后期 吸积率 ｍ ＜ ＜ １ ； 到ｍ ０ ． ０ ０ １ 时， 早期 的天体 逐 步 死 亡， 而 新 的 天 体 便 开 始
出现 。
鉴 于以上 物理 量 在演 化 过 程 中的重 要 性 ， 本
文 分析 了 热 光 度 、 吸积 率 、 黑 洞 质 量 与 红 移 的
大， 就 能产生 辐射 能 ， 大 量 的类 星体便 出现 了。 因 此， 一 旦黑 洞把 附近 的恒星 和气体 都 吸尽 时 ， 天体 便 进 入 了死 亡 的 阶段 。在 Ａ Ｇ Ｎ ｓ的演 化初 期 吸积 率 ｍ ～１ ； 随着演 化过程 的进行 ， 吸 积 率 逐 渐 变
活动星系
(2) 非热连续辐射
正常星系： 黑体辐射，极大值在 光学波段，辐射主要 来自星系内的恒星 活动星系： 热辐射（红外）+ 非 热辐射，极大值在远 红外波段
(3) 快速光变
光变时标：几天-1年→核区的大小不超过1光年
(4) 特殊形态
亮核、喷流、不规则形态
(5) 强发射线和极化辐射
2. 同步加速辐射
3C 279
在几天到几个月的时标内有快速而猛烈的光变 →致密核
4. 类星体（Quasars）
在20世纪60年代发现 的射电源中，有些光 学视形态类似于恒星， 无法分解，因而被称 为类星射电源，简称 类星体。
光谱中有强而宽的未知发射线。 1963年Maarten Schmidt证认出它们实际上是红移 了的H和其他元素的发射线。
赛弗特星系 蝎虎天体 类星体 旋涡 不明 类星 核区有弱辐射 核区有弱辐射 喷流与双瓣 非热辐射 + 热辐射 宽与窄 无（弱） 宽与窄 0.003-0.06 0.05-0.4 0.2->4 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 无（？） 前景气体云
§4.3 引力透镜和视超光速运动
1. 引力透镜 (gravitational lens)
在形态上分为致密型和延 展型两类 致密型射电星系的射电像 与光学像一致或稍小，也 称为核-晕型射电星系。射 电辐射来自核心。
延展型射电星系的射电像 大于光学像，常表现为双 瓣结构（长达1 Mpc）。射 电辐射来自双瓣。
(2) 典型源
M87：室女星系团中心的巨椭 圆星系。第一个观测到喷流的 星系。喷流的长度约2 kpc，有 团块结构，在射电到X射线波 段产生同步加速辐射。
活动星系核及致密天体-01-基本性质
Seyfert 图
Seyfert 星系图片
NGC 7242
NGC 4258 M77
Quasar 图
Quasar 图片
§1.1 Seyfert 星 系
§1.1 Seyfert 星系
初步认识 —— 光学光谱
Seyfert 归类：
1. 发射线为宽线，线
宽 ～ 几千
1 km s ；
2. H 2 线有时比其它
PKS射 电望远镜
Arecibo望 远镜
Arecibo 射电望远镜
对部分射电巡天源的光学光度和光谱观测结果：
类星体的发现1
1. 类似恒星，但本质极不确定；
2. 已知波长处的未知谱线；有强的宽线特征，但不清楚是发射线还是
像白矮星中的宽吸收线间的连续辐射？
类星体 3C273 的发现（Maarten Schmidt）：
的，是宇宙学的重要探针（极高红移的类星体探测构成对宇宙早期形成的大结构和重 元素形成的限制，吸收线红移提供结构探测等）。
红移分布图（计数）
具有红移星体分布图（计数）
红移
红移-2
Hubble 图 —— 视星等对红移分布图
§1.4 射电宁静类星体
§1.4 射电宁静类星体
类星体的任何上述特征均可用于分离出源是否为射电源，如紫外超 ——光学巡
射电扩展源
compact region
lobe
(Extended structures)
Fanaroff-Riley Type II (FR II) galaxy
射电紧密源
“jet”
射电性质
射电性质和光变
甚长基线干涉给出紧密形源的尺度上限小于 0.01pc。与扩大展源的陡谱不同，通 常紧密形源的射电谱是平的
星光背后：星系中隐藏的幕后故事
1. 星空中的星系是宇宙中最神秘和美丽的景象之一。
然而，这些闪烁的光点背后隐藏着许多迷人的故事和奥秘。
本文将带您探索星系中那些令人惊叹的幕后故事，揭示它们的形成、演化和其他令人着迷的特征。
2. 首先，我们来谈谈星系的形成。
在宇宙大爆炸之后，物质开始聚集形成星系。
根据天文学家的研究，星系可以通过两种方式形成：自发形成和相互作用形成。
3. 自发形成是指星系内部的物质自己聚集形成。
这种形成过程需要数百万年，甚至数十亿年的时间。
恒星的引力起到了关键的作用，将周围的物质吸引到一起，形成了星系的核心。
4. 相互作用形成则是指两个或多个星系之间的互动导致新的星系形成。
这种情况通常发生在星系之间的碰撞或擦过时。
当两个星系靠近时，它们之间的引力相互作用会导致物质重新分布，并形成新的星系。
5. 星系的演化是一个复杂而长期的过程。
在星系形成之后，恒星会逐渐燃尽它们的燃料，导致它们膨胀成红巨星或爆炸成超新星。
这些恒星的生命周期对于星系的演化起着关键作用。
6. 此外，星系中的黑洞也是一个引人注目的特征。
超大质量黑洞是星系中心的巨大黑洞，它们的质量相当于数百万到数十亿个太阳质量。
这些黑洞会吸收周围的物质，形成一个称为活动星系核（AGN）的区域。
7. 活动星系核释放出巨大的能量，产生强烈的辐射。
这些辐射可以影响星系中其他恒星和行星的演化，并对星系的结构和形态产生影响。
因此，黑洞在星系的演化中扮演着重要的角色。
8. 还有一些星系具有非常特殊的性质，被称为星暴星系。
星暴星系是指以异常高速率形成新恒星的星系。
这些星系通常富含气体和尘埃，这些物质是新恒星形成的原料。
9. 星暴星系可以通过多种方式形成，例如星系之间的碰撞、擦过或其他形式的相互作用。
在这些事件中，星系内的物质会被激发并引发剧烈的恒星形成活动。
10. 最后，让我们来谈谈星系中隐藏的暗物质。
暗物质是一种无法直接观测到的物质，但根据宇宙学模型的预测，它占据了宇宙总质量的大部分。
活动星系
Brightness varies on timescale of months → compact nucleus
3C 84的射电变化
The activity of some Seyfert galaxies may result from galaxy interactions.
Radio emission is produced by high-speed electrons in magnetic fields through synchrotron radiation.
Movement of radio galaxies causes different appearance.
Radiation power ~γ2B2β2, whereβ= v/c, γ= (1-β2)-1/2.
Beamed radiation along the particle’s motion with
half-opening angleα≈1/γ.
Power-law spectrum
(3) Unusual structure Bright nucleus, jets and irregular appearance
non-thermal radiation, with peak energy at far-infrared wavelength.
Synchrotron Radiation 同步加速辐射
Continuum radiation from high-speed charged particles, such as electrons, as they are accelerated in a strong magnetic field.
COSMOS天区星系群中活动星系核比例的研究的开题报告
COSMOS天区星系群中活动星系核比例的研究的开
题报告
研究背景：
活动星系核是指在星系中心存在极高亮度和非常强烈的辐射的现象。
活动星系核的来源主要是超大质量黑洞的吸积和爆发。
这些黑洞释放出
的大量能量在辐射波段表现为非常强烈的电磁辐射。
活动星系核的研究
对于了解星系演化、宇宙学和绝大多数天体物理学研究都具有重要意义。
研究目的：
COSMOS（Cosmic Evolution Survey）是由美国国家航空航天局成立的一个观测项目，旨在研究宇宙的演化和星系形成与演化。
COSMOS拍
摄了多个波段的图像，并且提供了非常详细的星系目录和光谱信息。
本研究的目的是在COSMOS天区星系群中研究活动星系核的比例并探究其分布规律，以期为了解星系演化和宇宙学提供基础数据。
研究方法：
本研究采用星系光谱分析的方法。
首先从COSMOS天区的星系目录中挑选出具有红移和光谱信息的星系，并运用线强度比测量法来判断它
们是否存在活动星系核。
然后以活动核比例为基础，探究与其他星系特
征的相关性，如星系质量和红移等。
研究意义：
本研究的主要意义是为了更深入地了解活动星系核在星系演化中的
作用以及宇宙学方面的问题。
本研究的结果将有助于推进星系和宇宙学
研究的发展并提供基础数据给其它天体物理学研究。
同时，本研究也将
对COSMOS天区星系群的研究提供新的思路和方法。
活动星系核的种类有哪些
活动星系核的种类有哪些活动星系核是星系中心区域的一种特殊天体，其能量来源于大质量黑洞的吸积和释放过程。
活动星系核（AGN）在宇宙中广泛存在，它们不仅具有巨大的能量输出，还对星系的演化和宇宙结构的形成起着重要的作用。
根据活动星系核的特征和显示形式，可以将其分为不同的类型。
下面将详细介绍几种常见的活动星系核类型。
1. 奎伦特星系：奎伦特星系是一种特殊的活动星系核，其特点是具有非常强烈的射电辐射。
奎伦特星系的活动核心通常被称为"射电银河系"，因为它们在射电波段有很强的辐射。
奎伦特星系通常具有高度扭曲的形态，射电喷流从核心区域向外延伸，形成特殊的结构。
这些喷流是由黑洞吸积物质释放的能量和磁场相互作用产生的，因此射电辐射能够提供关于黑洞强烈活动的重要线索。
2. 带有喷流的射电星系：带有喷流的射电星系是另一类具有强烈射电辐射的活动星系核。
与奎伦特星系不同的是，这些星系核的射电辐射主要来自核心区域的喷流。
喷流通常沿着星系的主轴方向延伸，长度可达数百甚至上千光年。
喷流中的物质大部分由电离气体和高能粒子组成，其释放的能量是黑洞吸积盘与射电喷流相互作用的结果。
带有喷流的射电星系是研究活动星系核的重要天体之一，对于理解黑洞的吸积和释放过程具有重要意义。
3. 双极型活动星系：双极型活动星系是一类具有双极或连续发射特征的活动星系核。
这类核可以同时产生高能γ射线、X射线和射电辐射。
双极型活动星系的射电辐射来源于双极喷流，而γ射线和X射线则主要来自喷流中高能粒子与星际介质碰撞产生的辐射效应。
双极型活动星系通常具有复杂的环境，活动开始时会形成有时标号的喷流和辐射，之后逐渐衰减。
这类星系核的研究可以帮助我们理解黑洞活动的起源、演化和相互作用的规律。
4. 弥漫辐射的星系：弥漫辐射的星系是一类活动星系核，其特点是在星系核周围存在大范围的辐射区域。
这些辐射区域通常由星系中心的活动核心释放的能量影响形成，辐射区域可以延伸到星系的外围区域甚至超出星系的边界。
活动星系的演化路线
活动星系的演化路线
活动星系是指在宇宙中具有强烈活动的星系，其中包括星系中心的超大质量黑洞、星系内的恒星形成和星系间的相互作用等。
这些活动使得活动星系的演化路线与普通星系有所不同。
活动星系的演化始于星系的形成。
在星系形成初期，星系内的气体和尘埃逐渐聚集形成恒星和行星。
然而，活动星系中心的超大质量黑洞会吸收周围的气体和物质，形成一个巨大的星系中心区域。
这个区域被称为活动星系核（AGN），是活动星系的标志之一。
活动星系的演化路线中，恒星形成也是一个重要的环节。
由于活动星系中心的AGN会释放出大量的能量和物质，这些物质会与星系内的气体和尘埃相互作用，形成新的恒星。
这些恒星的形成速度比普通星系要快得多，因此活动星系中的恒星总量也会比普通星系更多。
活动星系的演化路线中，星系间的相互作用也是一个重要的因素。
当两个星系相互靠近时，它们之间的引力作用会导致星系内的气体和物质相互作用，形成新的恒星和行星。
这种相互作用也会导致星系形态的改变，例如星系的形状可能会变成椭圆形或不规则形状。
活动星系的演化路线中，超大质量黑洞的演化也是一个重要的环节。
随着时间的推移，超大质量黑洞会不断吸收周围的物质，变得越来越大。
当它们变得足够大时，它们会释放出巨大的能量和物质，形成一个强烈的星系中心区域。
这个区域被称为类星体，是活动星系
中最亮的区域之一。
活动星系的演化路线与普通星系有所不同，其中包括星系中心的超大质量黑洞、恒星形成和星系间的相互作用等。
这些活动使得活动星系的演化路线更加复杂和多样化。
活动星系核
河外天体中的一类核心
01 背景
目录
02 特征
03 爱丁顿临界值
04 的分类
05 黑洞-吸积盘模型
06 的统一模型
基本信息
活跃星系核（active galactic nucleus，缩写为AGN）是河外天体中的一类中央核区活动性很强的系外星 系的核心，可以定义为：其主要特征为核活动，是产生于恒星中热核反应以外的另一种能源，并在某些现象中有 着相当的影响。这个定义是非定量的，正常星系的核也有活动性，因此活动星系核的下边界可以延伸到某些正常 星系，例如我们的银心。活动星系核寄居的星系称之为活动星系，在活动性最强的类星体中本底星系作用极小， 往往只言核，按习惯，对活动性较差的活动星系，我们也统称为活动星系核。一般不严格区分活动星系和活动星 系核。
窄线X射线星系（NLXG）：具有高电离发射线，类似塞弗特星系，但光度较低。被认为是光谱受到星系内尘 埃消光的塞弗特星系。
低电离星系核（LINER）：核光度比较低，具有低电离的核发射线区，有时发现为低光度的2型塞弗特星系。
蝎虎座BL型天体（BL Lac Objects）：星系核非常亮，短时间曝光和恒星很类似。
赛弗特星系（Seyfert galaxies）：最早被证认的活动星系核。特点是核的亮度高，具有强的高电离发射 线，谱线很宽，强大、变化的X射线，很强的红外辐射，大部分为漩涡星系，也有不规则星系。根据发射线的宽度、 形状可分为Ⅰ型和Ⅱ型，Ⅰ型塞弗特星系具有宽的发射线，Ⅱ型只具有窄的发射线。进一步还可以划分成1.5、 1.8、1.9等类型。
的分类
的分类
各种活动星系核的观测特征依赖于所采用的观测手段，而不是活动星系核本身。因此各种活动星系核特征往 往相互混杂在一起。虽然如此，它们大体上可分为如下几类：
活动星系核中黑洞质量与宇宙学红移的研究
活动星系核中黑洞质量与宇宙学红移的研究董霞;张皓辉;熊定荣;张雄【期刊名称】《云南师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(033)001【摘要】收集了209个活动星系核(46个平谱射电类星体,78个BL Lac天体,85个射电星系)样本,估算出爱丁顿吸积率,讨论了黑洞质量、热光度、红移量和爱丁顿吸积率之间的关系,得出了以下结论:(1)活动星系核的一个演化序列为:平谱射电类星体(FSRQ)——BL Lac天体——射电星系(RG)的演化；(2)三类星体的中心黑洞质量、红移量和热光度有较大差异:皆为FSRQ＞BL Lac＞RG; (3)吸积率与热光度之间的相关性很强,吸积率的变化将导致热光度的变化.%In this paper,we collected 209 active galactic nuclei (46 flat spectrum radio quasar,78 BL Lac objects,85radio galaxy ) samples, estimated the Eddington accretion rate, and discussed the relationship of the mass of the black hole, bolometric luminosity,the redshift and Eddington accretion rate, drew the following conclusions: (1) a sequence evolution of active galactic nuclei is: flat spectrum radio quasar-BL Lac objects -radio galaxy; (2) the masses of black holes, red-shift and the bolometric luminosity has bigger difference: FSRQ >BL Lac > RG ; (3) there is a strong correlation between the bolometric luminosity and the accretion rate , the accretion rate changes will lead to changes in the bolometric luminosity.【总页数】4页(P9-12)【作者】董霞;张皓辉;熊定荣;张雄【作者单位】云南师范大学物理与电子信息学院,云南昆明650092;云南师范大学物理与电子信息学院,云南昆明650092;云南师范大学物理与电子信息学院,云南昆明650092;云南师范大学物理与电子信息学院,云南昆明650092【正文语种】中文【中图分类】P157.7【相关文献】1.Seyfert1和Seyfert2星系黑洞质量与宇宙学红移的研究 [J], 张维超;段剑金;温元斌2.赛弗特Ⅰ星系黑洞质量与宇宙学红移的研究 [J], 黄霞;张雄;熊定荣3.低红移活动星系核中大质量黑洞与核球质量关系研究 [J], 巢梨花;卞维豪;黄克谅4.活动星系核黑洞核球质量及宇宙学红移关系研究 [J], 罗丹;张皓晶;张雄;丁楠5.活动星系核的演化与宇宙学红移 [J], 尤莉莎;张雄因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
超能星系：宇宙中最强大的力量秘密
1. 人类一直以来都对宇宙中的神秘力量充满了好奇和探索的欲望。
而在宇宙中，有着一个超能星系，被认为是最强大的力量秘密所在。
这个超能星系就是我们所熟知的活动星系。
2. 活动星系是一种拥有异常强大能量释放的星系，其核心区域被称为“活动星系核”。
这个核心区域是由一个庞大的黑洞所主导的。
3. 黑洞是宇宙中最神秘也是最具破坏力的物体之一。
它是由巨大恒星的残骸引起的，因为其质量过于庞大，自身引力无法阻止恒星的坍塌，从而形成了黑洞。
4. 活动星系的核心区域内的黑洞正处于“活动”状态，不断吞噬附近的星体和气体。
当这些物质接近黑洞时，它们会受到强大的引力作用，形成一个旋转的吸积盘。
5. 这个吸积盘是活动星系释放能量的主要来源。
当物质进入吸积盘时，由于摩擦和碰撞等因素，它们会释放出巨大的能量，形成了强烈的辐射。
6. 活动星系核所产生的辐射能量极其庞大，远远超过了整个星系中其他所有恒星的总能量。
这种强大的能量释放使活动星系成为宇宙中最亮且最具能量的天体之一。
7. 除了辐射能量，活动星系还会释放出高速的喷流。
这些喷流是由黑洞附近物质被加速后射出的，速度几乎接近光速。
8. 这些喷流通常延伸到数万光年之外，形成了令人惊叹的巨大结构。
喷流中的物质也会与周围星系相互作用，影响宇宙的演化。
9. 研究人员认为活动星系的形成和演化与宇宙早期的星系合并有关。
当两个星系合并时，它们的黑洞也会相互融合，形成更庞大的黑洞。
10. 这样的合并事件不仅释放出巨大的能量，还可能导致恒星形成暂时的停滞，从而促进星系内恒星形成的活动。
11. 活动星系的研究对于理解宇宙中的能量释放和星系演化过程至关重要。
科学家们通过观测和模拟，努力揭示活动星系的奥秘。
12. 通过研究活动星系，人类不仅能够了解宇宙中最强大的力量是如何产生和释放的，还能深入了解黑洞的性质和行为。
13. 活动星系的发现也为人类提供了更多探索宇宙的机会。
我们可以通过观测活动星系来了解宇宙初期的演化过程，以及黑洞在宇宙历史中的角色。
星系核活动形式是怎样的
星系核活动形式是怎样的星系核由大量的恒星、等离子体和高能粒子等组成。
那么星系体的活动形式是怎样的呢?下面我们一起来看看关于星系核的活动形式吧!星系核活动形式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ν极大≈2.5×10^13赫,但是强度比宁静时要大几个量级,辐射功率可达10^46～10^47尔格/秒;总能量甚至可达10^62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10^18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。
介绍星系核是星系中心质量密集的区域，由大量的恒星、等离子体和高能粒子等组成。
星系核有宁静星系核和活动星系核两种。
宁静星系核中有各种光谱型的恒星，可能还存在中子星、白矮星等致密星。
宁静星系核常产生幂律谱形式的射电辐射。
活动星系核具有剧烈活动现象，一般认为它的核心是一个黑洞，存在吸引力和喷流，还会发生星系核爆发。
星系核爆发是宇宙中最壮观的天文现象之一。
拓展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10^11颗恒星,这与观测相矛盾。
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大幅度、短时标光变 → 致密核
• 3C 279几天内可变亮4倍
伽马射线爆发
X射线爆发
Blazars：相对论聚束效应
Blazars的极端特征被解释为其相对论喷流大 致沿观测者的视线方向，因而具有显著的相对 论聚束相应，使得观测到的 • 光子能量升高 • 光度放大 • 时标变短 相对论修正 内禀特征
AGN的类型与喷流和视线的夹角有关
喷流的视超光速运动 Superluminal Motion
活动星系核的喷流（抛 射物）似乎以超光速向 外运动（天球上横向） 如对类星体3C279的3 年时间的VLBI射电观测 表明喷流中最外围团块 的运动速度接近光速的 4倍
射电瓣
核nucleus
射电节 knot
室女星系团中心的巨椭圆星系 第一个观测到(光学)喷流的星系。喷流 光学 的长度约 2kpc，由不连续的团块构成， 在射电到X射线波段产生同步辐射
M87
射电
红外
射电
Centaurus (半人马座 ) A (NGC5128)
最近最壮观的双瓣射电源 光学像：非典型巨椭圆星系， 可能是星系并合而成，环形 尘埃带（兰巨星）
正常星系
相同视场：光学 vs X射线
Optical (HST)
X-ray (Chandra)
类星体 PKS 1127-145
1.1 高光度
银河系
X射线光度 光学光度 1 1 2 2 射电光度 1
射电星系 100-5,000 赛弗特星系 300-7×104
2X103-2×106 20[-2×106]
天文学导论
第13讲 活动星系核
There is a beast at the centers of galaxies!
本讲内容
1. 2. 3. 4. 活动星系核的观测特征 活动星系核的主要类型 活动星系核的理论模型 超大质量黑洞的观测证据
1。活动星系核的观测特征
绝大部分星系是正常（宁静）星系，但也有部 分星系的中心核表现出强烈的活动性，称为活 动星系核 (Active Galactic Nuclei, 简称 AGN） 活动星系核种类繁多，并相互交叉。观测上主 要分为4种类型： Radio galaxies 射电星系 Seyfert galaxies 赛弗特星系 Quasars 类星体 BL Lac objects 蝎虎（座）BL Lac天体
蝎虎天体的显著特征
在相同红移（距离）处，BL Lac 天体比类星 体亮（光度）10-100倍 非热连续谱主导，发射线极弱或完全观测不到
BL Lac 在弱态时 的光谱
在γ射线波段辐射主要能量，同时有强烈的射 电、红外、光学、紫外和X射线辐射，高偏振 在TeV能段，绝大部分河外源是blazars 寄主星系是椭圆星系
The Gamma Ray （MeVGeV）Sky as observed by EGRET on the Compton Gamma Ray observatory The bright sources above and below the Milky Way are blazars 3C 279
施密特称 3C273 为 “Quasi-Stellar Radio Source,” 后简写为quasar (类星体)，成为当时 一个时髦的词汇 更多的类星体比3C273更亮更遥远
Maarten Schmidt
3C 273：第一个类星体
3C 273的喷流
亮斑：3C273 （HST） 及弱光学喷流（蓝色） 延伸约30 kpc且与亮射 电喷流（红色）重合
X射线双星的暗示
X射线双星的暗示
宇宙的终极能源是引力能
E = mc2 恒星能源：HHeCOFe, 能量转换率 ~0.7% 99%的物质不能转换为能量 宇宙的终极能源是引力：黑洞+ 吸积盘旋转 气体通过吸积盘进入快转黑洞时被加热到高温 辐射（X射线） 能量转换率~30% 黑洞 + 吸积盘的能量转换率是热核反应的30倍 之多
射电光度（~1042-1045ergs-1）远大于正常星系 （~1037-1039ergs-1） 射电辐射一般具有非热性质 寄主星系大多数是椭圆星系。它们往往是星系 团中光度最高、质量最大的星系 具有复杂的射电结构
Cygnus(天鹅座)A: VLA 射电像
典型的双瓣结构；最亮的射电源 射电辐射主要来自星系际空间的两个巨瓣。 每个瓣距中心星系约 2.5X105 光年 相对论电子喷流 射电瓣
类星体的寄主星系
HST 观测到类星体周围的雾状结构，它们是 来自寄主星系中的恒星辐射 与类星体相比，它们的寄主星系十分黯淡
2.4 蝎虎天体（BL Lac Objects/Blazars）
最亮、变化最激烈的活动 星系核 原型：蝎虎座BL （1929 年发现, 恒星状，有暗弱 包层1968 证认）: BL Lac (2200+420) Blazars(耀变体): BL Lac 天体（弱发射线）与平谱 射电类星体(FSRQ: flat spectrum radio quasar， 证认图 finding chart 强发射线)的总称
NGC 1566
亮核
旋涡星系
NGC 4151逐次深度曝光像
赛弗特星系与正常星系发射线的比较
正常星系：恒星大气 的吸收线（恒星形成 区的弱发射线） 一些赛弗特星系有很 强而宽的H和重元素 的发射线 由发射线的宽度得到 电离气体的运动速度 达104kms-1(Doppler 展宽)
正常星系
4000光年内喷流： Red: radio Blue: Chandra X-ray
HST
NGC 1265：头尾型射电星系
2.2 赛弗特星系
赛弗特星系是旋涡星系，具有不寻常的类似恒 星的亮核，而且其光学谱有许多突出的发射线
美国天文学家赛弗特 (Karl Seyfert) 于1943年首先发 现一批这样的旋涡星系，赛弗特星系因此而得名
射电星系的形态特征
射电星系区分为致密型和延展型。它们本质上是一致 的，可能是由于观测者视线方向的不同造成的 • 致密型射电星系的射电像与光学像一致或稍小，也 称为核-晕射电星系。射电辐射来自核心 • 延展射电星系的射电像大于光学像，常为双瓣结构， 长达~1Mpc。射电辐射主要来自双瓣
射电星系的基本特征
• one solar mass per year of gas flowing through such a disk would be sufficient to produce about 3 x 1012 solar luminosities -- roughly 15 times the luminosity of the entire Milky Way galaxy!
吸积盘的热辐射 喷流的非热辐射：相 对论电子在磁场中产 生同步加速辐射 其它若干辐射机制 不同辐射成分在不同 类型活动星系核的不 同波段的主导作用不 同
• Seyfert 星系：热辐射 • BL Lac 天体：非热辐射
多种辐射机制
AGN 相对论喷流的狭义相对论效应
年轻恒星 相对论速度 X射线双星 主要由相对论电子构成？ AGN 产生机制不清（吸积盘？） GRB 形成于黑洞附近，垂直于吸极盘，成对 磁力起重要作用：聚束喷流，把电子加速到相对论速 度 同步加速辐射+逆康普顿散射到更高能辐射 时常观测到一个喷流 位形 狭义相对论效应： • 指向我们的喷流， 光度放大，时标变短，有可能 超爱丁顿光度 • 背离我们的喷流，……
X-ray 喷流（Chandra）
Sloan Digital Sky Survey （SDSS）
目前观测到的类星体最大红移达到 ~6-78
类星体是观测到的最遥远、最年轻、也是辐射功率最 大的河外天体 紫外红光-近红外
宇宙大爆炸后约15 亿年时的类星体
类星体通常有喷流，射电喷流通常有双瓣结构
3。活动星系核的理论模型
AGN 的能源问题
L~1045 erg s-1 小时量级的光变时标太阳系大小的辐射区 (<<pc) 什么样的能源能在比太阳系还要小的区域内辐 射千亿倍（甚至更多）太阳光度的光度？ AGN的能源（活动性）来自超大质量（ M ~ 106 -109 M⊙ ）黑洞的物质吸积
同步加速辐射 (Synchrotron Radiation)
相对论性电子在磁场中作圆轨道或螺旋轨道运 动时产生的辐射（和电子逆康普顿散射） 电子速度越大，辐射频率越高 (射电-X射线) 连续辐射, 幂率谱, 显著的偏振性
1.4 （射电波段）特殊形态
亮核、喷流、不规则形态
1.5 强发射线
赛弗特星系
赛弗特星系的分类
根据发射线宽度的不同，赛弗特星系分为
• I 型同时具有很宽的H线和相对较窄的电离金属线
• Ⅱ型仅有窄线
相应的 Doppler 运动速度分别为~104 kms-1 （宽线区）和 ≤ 2 x103kms-1（窄线区）
I型
II型
赛弗特星系是强X射线源，弱射电辐射 X射线辐射的快速（分钟）光变致密核 紫外、X射线辐射+照射并加热核心周围的气体 而产生发射线 不同类型赛弗特星系的差别可能是由于观测者 视线方向的不同引起
类星体 (3C 273)
2.5×106
250
6×106
1.2 快速光变
光变时标：几天-1年，甚至小时→致密核辐射 区的大小不超过1光年 爆发的上升时间（光行差）暗示辐射源尺度的上限
1.3 非热连续辐射,高偏振辐射
正常星系： 黑体辐射， 极大值在光学波段， 辐射主要来自星系内 的恒星 活动星系核：射电-光 学辐射谱复杂： 热辐 射（红外）+ 非热辐 射（极大值与AGN类 型相关）+ 高能辐射 非热辐射具有高偏振