第十四章星系专题

1第十四章星系专题1.活动星系2.引力透镜和视超光速运动3.星系基本物理量的测量21.活动星系活动星系核的特点和分类：星系普遍存在着活动现象（爆发，激波，吸积，喷流，大量恒星产生等）。绝大多数活动规模很小，辐射大部分由恒星发出，主要在光学波段，物理过程处于热平衡状态—正常星系。少部分活动激烈，含有大量非恒星物质，辐射遍布全波段，具有非热辐射性质，物理过程远非热平衡和引力平衡—活动星系3所有这些激烈的物理过程主要是集中在星系的核心，或者是由核心引发的。通常也称这类星系为活动星系核（ActiveGalacticNuclei,简称AGN）只要不是专门讨论活动星系本身的结构，两者之间不再严格加以区分41918年（美）柯蒂斯（Curtis）发现星“云”M87的光学喷流56活动星系核的分类：AGN的分类目前没有统一的标准。在文献中有各种各样的名称。这些名称往往从不同的观测特性出发而定名的，因此各类型之间会相互交叉。7Quasar专指具有强射电辐射的类星体QSO（Quasi-StellarObject）类星体Seyfert1塞佛特星系1型Seyfert2塞佛特星系2型Seyfert1.95塞佛特星系1.95型SRG强射电星系NLRG具有窄发射线的射电星系BLRG具有宽发射线的射电星系NgalaxyN星系（有亮核的椭圆星系）8BLAZAR具有光变和高偏振度的星系，闪偏星系OVV具有激烈光变的星系,多指类星体HPQ具有高偏振的类星体BLLac蝎虎座BL型天体核HⅡ区核具有HⅡ发射线特征的星系LINER低电离窄发射线核区Starburstgalaxy星暴星系Warmer具有强红外辐射的星系强IRAS源具有强红外辐射的星系MAGN低光度的活动星系核……9Radiogalaxies射电星系Seyfertgalaxies赛弗特星系BLLacobjects蝎虎天体Quasars类星体10HighoverallluminositiesX-rayluminosityOpticalluminosityRadioluminosityMilkyWay111Radiogalaxies100-5,00022,000-2×106Seyfertgalaxies300-7×104220-2×106Quasars(3C273)2.5×1062506×10611StatisticsofActiveGalaxiesOnly2%ofallgalaxiesareactivegalaxies,BrightactivegalaxiesaremorecommonatgreatdistancesMostactivegalaxiesareellipticals.Thehighluminositiesofactivegalaxiesimpliesashortlifetime,soactivegalaxiesmustrepresentanpassingstageintheevolutionofnormalgalaxies,ratherthanformaseparateclassofgalaxy.121)RadioGalaxiesCygnusAwithtwo-lobestructure13AppearanceCore-halotype:theradioimagesarecomparableorslightlysmallerthantheiropticalimages;mostoftheradioemissioncomesformthenucleus.Double-lobetype:extendedstructure(aslongas1Mpc);theradioenergyisreleasedfromtheradiolobes.M86CentaurusA14M87ThegiantellipticalgalaxyinVirgocluster.Thefirstgalaxyfoundtohavejets.Thejetisabout2kpclongandismadeupofaseriesofdistinct“blobs”.15NGC1265:Head-TailRadiogalaxy16Movementofradiogalaxiescausesdifferentappearance.17Thesystemmayappeartousaseitheralobeoracore–haloradiogalaxy,dependingonourlocationwithrespecttothejetsandlobes.182)SeyfertGalaxiesNamedafterCarlSeyfert,whodiscoveredthemin1943.Theirmostimportantcharacteristicsareabright,pointlikecentralnucleusandaspectrumshowingbroademissionlines.NGC1566NGC4151的逐次深度曝光像亮核星系19InatypeIspectrum,theallowedlinesarebroad(correspondingtoavelocityof~104kms-1),andmuchbroaderthantheforbiddenlines.IntypeII,allallowedandforbiddenlinesaresimilarandnarrower(≤103kms-1).SeyfertISeyfertII203)BLLacObjects,Blazars原型：蝎虎座BL（1929年发现）。恒星状，有暗弱包层。21Non-thermalcontinuumwithveryweakornoemissionlines.224)Quasars,QSOsOpticallyappearalmostaspointsources.Quasars–quasi-stellarradiosourcesQSOs–quasi-stellarobjects.23OpticalX-rayQuasarPKS1127-145Normalgalaxies24Thefirstquasar3C273withverystrong,wide,unknownemissionlinesIn1963MaartenSchmidtinterpretedtheopticalemissionlinesof3C273ashydrogenBalmerlinesredshiftedby16%.HST+VLAMaartenSchmidt25通常认为这种红移是由宇宙膨胀的多普勒效应引起。类星体3C273的红移表明它的退行速度达到4.4×104kms-1→距离~660Mpc，光度5×1012L⊙.目前观测到的类星体最大红移达到~6-7。现已发现类星体总数约5万个，红移大于4的超过500个，最大z=6.5。26Hubble空间望远镜发现类星体位于星系团中，并观测到了类星体周围的雾状结构，它们是来自宿主星系中的恒星辐射。27因此类星体实际上是活动星系核。与类星体相比，它们的宿主星系十分黯淡。28Galaxyinteraction→denserdistributionofgalaxiesinclusters→morelikelytocollideObjectsPlanetsintheSolarSystemStarsintheGalaxyGalaxiesinclustersDistance/Diameter10510610229NGC4676a/b303132NGC4038/9(Antennae)33活动星系核的统一模型宽线区窄线区尘埃分子环吸积盘34室女星系团中巨椭圆星系NGC4261中的吸积盘60kpc100pc35巨椭圆星系M87的核心区域中快速旋转的吸积盘喷流核旋转气体，与喷流方向垂直M~3×109M⊙362.引力透镜和视超光速运动1)GravitationalLensing引力透镜双类星体AC114具有完全相同的谱与红移37它们实际上是同一类星体的引力透镜表现。引力透镜——引力场源对位于其后的背景天体（如类星体）发出的电磁辐射所产生的会聚或多重成像效应。Gravitationallensingisthedeflectionandfocusingoflightfromabackgroundobjectbythegravityofsomeforegroundbody.38微引力透镜(GravitationalMicrolensing)39Whenthedistantobject,thelensgalaxyandtheEarthareperfectlyaligned,thelensgalaxyformedaperfectring-likeimageknownasanEinsteinRing.Otherwise,thelensgalaxyformsmultipleimagesofthedistantobject.40星系团中由引力透镜引起的弧形图像41Einstein十字：引力透镜引起的四重像422)视超光速运动(SuperluminalMotion)天体的抛射物似乎以超光速运动的现象如对类星体3C279的观测发现，它的喷流中的团块运动速度接近达到光速的4倍。43视超光速现象并不表明天体的运动速度是超光速的，而是由观测几何效应引起。当运动速度为v＝c的天体抛射物的运动方向与观测者的视线方向夹角为，其视横向速度为sin1coscvObserver44活动星系的演化(1)类星体是宇宙演化早期的天体。(2)在类星体、活动星系和正常星系的核心都有证据表明存在超大质量的黑洞。(3)从类星体到活动星系到正常星系，星系的活动性逐渐降低。因此，一种可能的演化路径是：活动性降低可供消耗的原料减少45StandardCandles:24Lfr11222.5lgfmmfWeneedsomesourcewithaknownluminosity…aStandardCandle55lgmMr1)星系距离的测量3.星系基本物理量的测量46(1)TheCepheidvariablemethod最远距离：~30Mpc星系M100中的造父变星原型（1784年）：造父一（仙王δ）P=5.4d，最暗时4.3等47(2)Thestandardcandlemethod通过比较星系中可证认的某些标准（明亮）天体的视星等和绝对星等来确定星系的距离。特点：光度高且基本恒定。“standardcandle”光度和其它物理量之间的关系48标准烛光源求所在星系距离r的方法最远距离（Mpc）红超巨星~30新星爆发极大~60HⅡ区利用HII区的几何尺度、光度以及速度弥散与所在星系的光度L的相关性~100最亮椭圆星系＞1000Ia型超新星①Ia型:②SN爆发时角直径、膨胀速度⇒r：~40000()PrVttmax()8mVM9.0(9.55.5)7.6mmmmVM，平均max()23mVMmax()19.6mVM49超新星分类：I型（Ia,Ib/Ic）—无H线II型—有H线光变曲线不同50爆发机制：Ia超新星爆发：双星系统中，吸积白矮星中的C爆燃Ib/Ic,II型超新星爆发：大质量恒星的核坍缩51(3)Thevelocitydispersion–luminosityrelationmethodforgalaxiesTheTully-Fisherrelation对旋涡星系，速度弥散=220×(L/L⊙)0.22H原子21厘米谱线宽度速度弥散光度~200Mpc距离TheFaber-Jacksonrelation对椭圆星系，速度弥散=220×(L/L⊙)0.2552(4)TheRedshiftmethod000z一些星系的距离、CaII的H、K谱线和退行速度1])/v(1[/v12/12cczV＝H0×rkm/s/Mpckm/sMpc53TheDistan