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第9章 活动星系核和星系的早期历史 本章开始我们讨论活动核，这是一个致密的中心区，我们从那里观测到的主要辐射不是星光， 也不是从它们加热的气体发出的。活动核在整个电磁谱辐射都很强，包括射电、X射线，和γ 射线区，大多数星系在这些谱区几乎不辐射。其中最强有力的类星体很容易使其宿主星系黯然 失色。由于超过 1012L⊙的光度，许多类星体亮得足以在整个可观测宇宙的大部分距离被看到。 但是发射区却可能不大于太阳系；其能源可能是落入中央黑洞的气体释放的能量。非常亮的活 动核（比如类星体）在宇宙为其目前年龄的 20 ％－40 ％时比它们在今天要常见得多；核活动 似乎是星系早期生命的特征。 在许多亮类星体中，可以看到从核涌出的狭窄孪生喷流；它们可能是由在吸积盘内产生的强 磁场发出和准直的。在某些情况下，喷流似乎以超过光的速度向外运动。这是一种错觉：运动 慢于但接近光速。在 9.2 节中，我们将讨论这种现象，以及来自恒星质量天体的类似‘超光速’ 喷流：这些天体包括微类星体（从双星伴侣吸积质量的黑洞和中子星），和γ射线暴（非常大 质量恒星的最后爆发）。 在 9.3 节中，我们考虑处于我们和遥远星系或类星体之间的气体，这些气体在其光谱中产生 了吸收线。大多数吸收物质离类星体非常远，刚好处于我们到它的视线上。较密的气体可能处 于星系的外部，而最稀的物质（只比宇宙平均密几倍）则跟随暗物质的纤维状‘宇宙网’。奇 怪的是，这种气体并非原初的氢和氦；即使它远离任何星系，它也受到恒星中核燃烧产生的重 元素的污染。 在这最后一章的最后一节，我们将回到今天的星系如何从氢和氦的原初混合物产生出来的问 题。大约回溯到大爆炸时间的一半，尽管恒星诞生比今天剧烈，星系看起来还是相当正常的。 超过红移 z ∽2 ，它们的恒星形成就十分猛烈，往往非常多尘，而且不再能按照图 1.11 的方式 分类。能够观测到的最遥远的星系在 z ∽6，即大爆炸之后不到 10 亿年。新的更灵敏的红外和 毫米波望远镜能使我们看到清晰得多的星系诞生图景。 9.1 活动星系核 一闪一闪小星星, 你是什么我知情: 聚变火炉天上挂, 步步燃烧成灰烬。 一闪一闪类星体， 来自远方千古谜； 多么不似平庸者， 亮于太阳一万亿。 一闪一闪类星体， 好想揭开你的谜… ――节自G. Gamov and N. Calder 许多星系核在光学、紫外和 X 射线波段都非常明亮。另一些星系核在这些谱区比其宿主星 系暗得多，但却是强射电源。它们的共同之处是来自非常小体积的巨大能量输出，以及相对论 性的内部运动，其速度＞0.1c，往往还要大得多。 类星体的光学和紫外光谱典型地显示出中等致密气体的强而宽的发射线特征（图 9.1）。谱 线宽度相应于以∽10000km s-1速度运动的发射气体预期的Doppler位移。这些发射线云的运动 远快于星系中的恒星，其典型的轨道速度为每秒几百千米。许多活动星系核是变化的，其光度 在数月，数天甚至数小时内会发生重大改变。发射线也会在数天或数周内增强和减弱。为了容 许这样快速的变化，宽线和连续辐射都必须来自一个尺度不超过数光周的区域。 图 9.1 ‘平均’射电宁静类星体的紫外和光学光谱－R.Telfer et al.2002 ApJ 565,773。 这种小区域包含着巨大的质量。我们可以用 3.20 式来计算为了阻止产生宽发射线的云逃离 4 -1 核心所需要的引力。对于∽10 km s 的速度，和r＝0.01pc或约为 2 光周的半径，推出的质量 为∽108 9 M 。在近邻射电星系M87 中，在离中心 10 pc内，我们有∽3×10M