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射電星系是探測到射電輻射的星系。一般的星系都有射電輻射。通常系指發出強烈的射電輻射(比一般的星系強102~106倍)的星系。射電星系的射電連續譜一般為冪律譜,且有偏振,譜指數平均為0.75。射電輻射具有非熱性質,起源於相對論性電子在磁場中運動時產生的同步加速輻射。

1 射電星系 -基本簡介

射電星系射電星系

廣義地說,有明顯的射電輻射的星系,都可以叫作射電星系。在10~10赫範圍內射電功率為10~10爾格/秒的星系,稱為正常射電星系;射電功率比正常射電星系強10~10倍的星系,稱為特殊射電星系(見河外射電)。歷史上曾把射電星系當作某種光學特徵異常的「活動」星系。現在看來大多數射電星系的光學特徵並不特殊。射電星系大多是橢圓星系 (E)、巨型橢圓星系(D)、介於二者之間的ED星系和超巨型橢圓星系(cD),不規則星系很少。它們往往是星系團中最亮的成員星系,質量也大。有的射電星系是N型特殊星系和塞佛特星系。

有明顯的射電輻射的星系﹐都可以叫作射電星系﹐在10~10赫範圍內射電功率為1037~1041爾格/秒的星系﹐稱為正常射電星系﹔射電功率比正常射電星系強10~10倍的星系﹐稱為特殊射電星系(見河外射電)。歷史上曾把射電星系當作某種光學特徵異常的「活動」星系。

從射電星系與其他活動星系核既相似又有區別來看,有人認為射電輻射只是某些類型天體在某個演化階段上的表現。射電星系可能是類星體的一種演化結果,是「死亡」了的類星體。總之,射電星系與光學體之間的關係還有待進一步研究。至於中心天體如何產生巨大的能量,這是研究各種活動星系(見激擾星系)的重要問題。不久前對 M87進行觀測,結果發現在它的核心確實存在一個超大質量的天體,相當於9×10□個太陽質量,很可能是一個黑洞。因為射電星系比類星體距離我們近,如果它們有某種共同「活動」機制的話,那麼仔細研究射電星系,對於解決類星體的能源問題是大有幫助的。

2 射電星系 -類型特徵

射電星系射電星系

射電星系的射電形態多種多樣,可分為緻密型、核暈型、雙瓣型、頭尾型和包含多個子源的複雜型。射電星系大多為橢圓星系、巨橢圓星系和超巨橢圓星系。射電星系的光譜很像塞佛特星系,多數類似於Ⅱ型塞佛特星系,少數類似於Ⅰ型塞佛特星系。不過,塞佛特星系卻是旋渦星系。射電星系同其他也發出強烈射電輻射的星系,如類星體、塞佛特星系、蠍虎座BL型天體等其他活動星系核的關係,尚有待研究。有些射電星系還發出強烈的紅外輻射和X射線。

一般的星系都有射電輻射。通常指發出強烈的射電輻射(比一般的星系強一百到一百萬倍)的星系。射電星系的射電連續譜一般為冪律譜,且有偏振,譜指數平均為0.75。射電輻射具有非熱性質,起源於相對論性電子在磁場中運動時產生的同步加速輻射。有些射電星系的射電輻射流量和偏振常有變化。

射電星系的射電形態多種多樣,可分為緻密型、核暈型、雙瓣型、頭尾型和包含多個子源的複雜型。射電星系大多為橢圓星系、巨橢圓星系和超巨橢圓星系。射電星系的光譜很像塞佛特星系,多數類似於Ⅱ型塞佛特星系,少數類似於Ⅰ型塞佛特星系。不過,塞佛特星系卻是旋渦星系。射電星系同其他也發出強烈射電輻射的星系,如類星體、塞佛特星系、蠍虎座BL型天體等其他活動星系核的關係,尚有待研究。有些射電星系還發出強烈的紅外輻射和X射線。

現在看來大多數射電星系的光學特徵並不特殊。射電星系大多是橢圓星系 (E)﹑巨型橢圓星系(D)﹑介於二者之間的ED星系和超巨型橢圓星系(cD)﹐不規則星系很少。它們往往是星系團中最亮的成員星系﹐質量也大。有的射電星系是N型特殊星系和塞佛特星系。

近年來,還發現很多射電星系也是強的X射線源和紅外源。單純從射電特徵來看,是不容易認識天體本質的。例如只憑射電資料,就無法區別射電星系和類星射電源,也無法確切肯定對應哪種類型的光學體。反之,從光譜分析,可以分出寬窄兩類,分別同類星體和Ⅰ型、Ⅱ型塞佛特星系相似。

3 射電星系 -形態結構

射電星系射電星系

1、緻密型:約15%的河外射電源有約0□001或更小的精細結構,與光學體位置相重合。用甚長基線干涉儀觀測,發現它們通常由若干組源組成,例如3C84(NGC1275)。

2、核暈結構:主體為恆星狀源,外圍有暈,並向兩個相反方向延伸。中心可能有幾個緻密子源組成的複合結構。例如室女座A,中心有與光學源(M87)對應的雙緻密子源,外面由分佈很廣的射電發射區包圍著。它最突出的光學特徵是以每秒幾萬公里的高速從核拋射出亮的藍色噴射物,長達1.5千秒差距。這些噴射物又是強的紫外線和X射線源,由幾個高偏振的凝聚塊組成。光學暈為30千秒差距,射電暈還要大。

3、延展的雙瓣結構:延展源射電星系中約有一半大致具有這種結構,即外面是兩個分立的射電子源(外延展瓣),中心為光學天體。例如,天鵝座,A射電星系兩個外瓣相距186千秒差距,每個瓣約17千秒差距,外面較亮,形成熱斑,與中心天體基本上在一條直線上。甚長基線干涉儀發現還有一個更弱的緻密核,恰好位於中心的兩個光學源之間。在米波段,兩個外瓣之間有輻射橋。

4、複雜源:由多個子源組成的狹長輻射帶,一般在光學體的兩邊以兩個較強的子源為主體,靠裡面又有一個至多個組源以及低亮度區域,形態較為複雜,直線分佈也不很規則,例如3C288等。

5、頭尾結構:前面是一個有光學星系對應的緻密源,隨後有幾對逐漸增大的雙射電子源,並拖著範圍逐漸增寬、頻譜指數逐漸變陡、強度逐漸減弱的射電尾巴。尾巴長達數十至數百千秒差距。它們都是星系團的成員。
射電譜和偏振 射電星系的射電連續譜一般寫成冪律譜,即F□∝□□,其中F□為單色輻射流量密度,□為頻率,□為頻譜指數。射電星系大多具有直線譜,平均□值為0.75,輻射流量一般不變。其緻密結構有平坦譜(□約為0~0.25)或者複雜譜,即有一個或多個極大值或極小值,而且輻射流量大多是變化的。近年來的厘米波段偏振測量表明,幾乎所有射電星系都有線偏振,由百分之零點幾到百分之幾。

從一個源來看,一般在較緻密區域,線偏振較低,只有百分之幾;而在延展的低亮度區域,卻可高達60%。由觀測大多數射電星系的頻譜和偏振推斷,射電輻射機制屬於相對論性電子在磁場中運動產生的同步加速輻射。在延展區域,因較透明而得到直線譜;而在緻密區域,因不全透明,自吸收可產生平坦譜以及各組源譜迭加而形成的複雜譜。光譜和能量,射電星系的光譜特徵很象塞佛特星系,也可以分為兩大類。大多數射電星系的中心光學源的光譜具有窄的輪廓,如Ⅱ型塞佛特星系。少數為寬線輪廓,如Ⅰ型塞佛特星系。從同步輻射磁能與電子能量均分出發,可以得到高達1060爾格的射電星系總內能。射電星系的壽命約107~ 9年。

射電星系對於中心光學體有著明顯的對稱雙型結構,外子源與光學體之間有許多相關特性。近年高分辨射電干涉儀發現外延展子源中也有較

4 射電星系 -實驗依據

射電星系射電星系(大爆炸證據)

20世紀由於最先進的科學技術應用到天文觀測上,發現了許多新現象他們可能是「大爆炸」的證據。星系的退行通過光譜觀測發現,遙遠的星系均以很高的速度在彼此退行。這表明星系系統處於一種膨脹狀態。天文學家據此進一步計算出宇宙的年齡約為200億光年。宇宙時標用放射性年代學的方法測得月岩和最老的隕石年齡均為46億年;由恆星演化模型導出的銀河系中最老的恆星年齡為150億年,迄今用各種獨立的方法對不同天體測定的時標均在由星系的速度——距離關係所確定的宇宙年齡200億年以內,這說明宇宙年齡是有限的。

宇宙中的氦和氘通過對比較原始的星際氣體的觀測發現,在銀河系和許多河外星系中,輕元素氦和氫的同位素氘相對於氫的數量基本上是均勻分佈的。這和許多重元素的非均勻分佈形成了鮮明的對照,用宇宙大爆炸理論解釋就是:因為大爆炸后最初幾分鐘內預期出現的高溫高密狀態極易導致輕元素的合成;而重元素則是在眾多的恆星內核深處合成,直到發生超新星爆發時才大量散布開來的,它們相對於氫的數量不會是均勻分佈的。

射電星系60年代用綜合孔徑射電望遠鏡進行的大量觀測表明,具有星系級能量的暗弱射電源的數目,比射電源空間均勻分佈假設所預期的多很多,即射電星系在空間實際上不是均勻分佈的。由此推斷,在宇宙學時標上,射電星系是從較強的源演化成較弱的源的。

微波背景輻射1965年首次發現宇宙間存在背景輻射,並且具有黑體譜,是溫度相當於274K的黑體輻射,一般稱為3K微波背景輻射。這種輻射正好解釋為宇宙早期熾熱火球的暗淡餘光。按照大爆炸理論,隨著宇宙的膨脹,原始火球的熾熱的黑體輻射,勢必要拉長波長、降低溫度,進而導致今天在微波段觀測到不足3K的背景輻射。

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