活動星系核

1960年代類星體發現以來，又相繼發現了許多具有類似特徵的天體，都是系外星系，統稱為活動星系核。

共同觀測特徵主要有：

幾十年來發現的活動星系核種類繁多，包括塞佛特星系、類星體、射電星系、蠍虎座BL型天體等，而且不同種類之間觀測特徵相互混雜。長期以來人們一直對它們的機制和演化感到困惑，投入了大量的人力物力進行研究，使得活動星系核成為20世紀90年代以來天文學最熱門和最活躍的研究領域之一。得到廣泛接受的觀點認為，活動星系核由超重黑洞和吸積盤構成。依據理論和觀測研究，人們建立了活動星系核標準模型，即中央是一個超重黑洞，周圍的物質受到引力作用下落，在黑洞周圍形成了吸積盤。由於耗散作用氣體被加熱到很高的温度，並逐漸下落到黑洞中央，並且形成了沿吸積盤法線方向的噴流。活動星系核的觀測特徵主要依賴於中心黑洞、吸積盤的特徵以及視線方向。

2024年2月，利用暗能量光譜巡天（DESI）的早期科學數據，來自中國科學院國家天文台等單位的科研人員，新發現56個“變臉”活動星系核以及44個“變臉”活動星系核候選體。相關研究成果在線發表於《天體物理學雜誌增刊》。 ^[3] 

為使活動星系核含義更明確，可採用以下觀測特徵加以限定：

1. 有比正常星系更亮的緻密核；

2. 在某些不太寬的波段（如射電、光學、X射線波段等）表現為非恆星的連續譜；3. 存在原子和離子的發射譜線；

4. 連續譜和發射線的強度、偏振和譜形隨時間變化；

活動星系核(15張)

5. 相對於正常星系有更強的高能光子（如X射線，γ射線等）的發射能力。

具有以上全部或部分特徵的核就定義為活動星系核。類星體具有上述全部特徵，是活動性最強的活動星系核。蠍虎天體（BL Lac Objects）具有出第三條以外的全部特性，因此也是典型的活動星系核。其他活動星系核都具有第3條觀測特徵。可見光譜線性質是活動星系核最關鍵的證認。

典型的活動星系核具有以下幾個特點：

1、高光度

光學光度與普通星系核相差不大，射電光度大約是普通星系的20~2×10⁶倍，而類星體高達6×10⁶倍。

2、快速光變

光變週期一般在幾天到一年左右，甚至有的活動星系核光變週期只有幾個小時。

3、非熱連續輻射，高偏振輻射

正常星系的輻射為黑體輻射，最大值位於光學波段，而活動星系核光譜複雜，極大值在遠紅外波段（非

熱輻射）。

4、射電波段有特殊形態

常有噴流、亮核、不規則形態被人們在射電波段觀測到。

5、強發射線

發射線來源於中心區高能輻射對周圍環境的電離，通常在光譜上表現為金屬線。

6、其宿主星系較為暗淡

AGN的光度通常在10¹¹到10¹⁵之間，由光度可以推算其質量的下限。這個下限在天文學上稱做“愛丁頓臨界值”。其含義為：一個穩定的輻射源，由質量造成的引力不能小於其輻射所具有的外向壓力，否則，引力將不足以維持自身物質的聚集而被“吹散”。

AGN的高光度説明了它們具有很大的質量，應在100萬—100億太陽質量，否則與其巨大光度相當的壓力就會把所有物質吹散。 活動最激烈的星系核當屬類星體，它也應該有最大的質量。從活動星系核和類星體的光變週期，可見它們只有很小的尺度，質量與尺度的對比，可以説明在活動星系核，特別是類星體核心有巨型黑洞存在。

各種活動星系核的觀測特徵依賴於所採用的觀測手段，而不是活動星系核本身。因此各種活動星系核特徵往往相互混雜在一起。雖然如此，它們大體上可分為如下幾類：

類星體（QSO）：具有非常大的紅移，光度很高，光譜中有發射線，可見光波段為冪律譜，多數有X射線輻射，少部分具有很強的射電輻射。其中有強烈射電輻射的稱為射電噪(radio loud)類星體，射電輻射很弱的稱為射電寧靜(radio quiet)類星體(QSOs)，也有人用Quasar表射電噪類星體。

賽弗特星系（Seyfert galaxies）：最早被證認的活動星系核。特點是核的亮度高，具有強的高電離發射線，譜線很寬，強大、變化的X射線，很強的紅外輻射，大部分為漩渦星系，也有不規則星系。根據發射線的寬度、形狀可分為Ⅰ型和Ⅱ型，Ⅰ型塞弗特星系具有寬的發射線，Ⅱ型只具有窄的發射線。進一步還可以劃分成1.5、1.8、1.9等類型。 ^[2] 

窄線X射線星系（NLXG）：具有高電離發射線，類似塞弗特星系，但光度較低。被認為是光譜受到星系內塵埃消光的塞弗特星系。

低電離星系核（LINER）：核光度比較低，具有低電離的核發射線區，有時發現為低光度的2型塞弗特星系。

蠍虎座BL型天體（BL Lac Objects）：星系核非常亮，短時間曝光和恆星很類似。光度具有很快的變化，射電輻射有很強的偏振，光譜中既沒有吸收線也沒有發射線，因此其紅移只能從宿主星系的光譜推斷出來。

光學劇變類星體（OVVs）：光度具有很快的變化，往往是強射電源。與蠍虎座BL型天體合稱耀變體（Blazar）。

射電星系（Radio Galaxy）：具有很強的射電輻射，大部分有兩個輻射源，稱為雙源型射電星系。通常為橢圓星系。根據發射線的寬度大體可分為寬線射電星系（BLRG）和窄線射電星系（NLRG）。

星爆星系（Starburst Galaxies）：具有巨大的恆星形成區，紅外光度高於可見光光度，大部分為旋渦星系。屬於活動星系，但與活動星系核的關係尚無定論。

除此之外還有馬卡良天體（Markarian Objects）、茲威基星系（Zwicky Galaxies）、N星系（N Galaxies）、高偏振類星體（HPQ）、低光度活動星系核（MAGN）、熱星體（Warmer）、極亮遠紅外星系（Ultraluminours Far-Infrared Galaxies）等。

根據射電波段的輻射，還可以方便的分為射電寧靜活動星系核與射電噪活動星系核兩大類。其中，射電寧靜活動星系核包括：低電離核區、西佛星系、以及部分類星體，射電噪活動星系核包括射電噪類星體、耀變體（包括蠍虎座BL型天體和光學劇變類星體）、射電星系等。

黑洞-吸積盤模型是得到廣泛承認的活動星系核標準模型。在這個模型中，活動星系核的“中央引擎”是一個超大質量黑洞。在引力的作用下，黑洞周圍的氣體朝黑洞下落。由於具有角動量，物質形成了一個圍繞黑洞的吸積盤。吸積盤中具有耗散作用，氣體會被加熱到很高的温度，同時不斷損失角動量，逐漸下落到黑洞中央，與此同時釋放出巨大的引力能，以電磁波的形式輻射出來，其中主要是非熱輻射。當黑洞的吸積率很高，遠遠超過星系的其他部分時，就表現為活動星系核。隨着黑洞周圍的物質逐漸耗盡，核心的光度減小，活動星系演化為正常的星系。吸積盤兩端沿法線方向形成高速噴流，這一過程中，磁場扮演了很重要的角色。當噴流的方向與觀測者視線方向夾角很小時，還會觀測到視超光速現象。

活動星系核的統一模型試圖將兩種或兩種以上的活動星系核用一個模型進行描述，不同類型的活動星系核只是由於觀測視角的不同，射電平靜(radio-quiet)活動星系核與射電噪(radio-loud)活動星系核分別具有各自的統一模型：電波弱統一模型和電波強統一模型。電波弱統一模型認為西佛Ⅰ型星系是直接觀察到的光度較低的活動星系核本身，西佛Ⅱ型星系則是由於視線方向上受到了環繞在吸積盤周圍的遮蔽環的阻擋。如果活動星系核的光度較高，直接觀測到的就不是西佛I型星系而是類星體。電波強統一模型主要關注於高光度的電波強類星體，它們能夠與窄發射線電波星系用類似電波弱統一模型的方式統一在一起，即電波星系被遮蔽環擋住了視線，而類星體沒有。如果視線方向與噴流夾角非常小，則會觀察到蠍虎座BL型天體類星體(blazar)。