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      活動(dòng)星系核中的塵埃消光性分析

      2016-06-06 22:27:10葉凱
      北極光 2016年4期
      關(guān)鍵詞:消光硅酸鹽塵埃

      葉凱

      摘 要:塵埃是活動(dòng)星系核統(tǒng)一模型的基石,該模型認(rèn)為呈現(xiàn)不同觀測(cè)特征的活動(dòng)星系核在物理本質(zhì)上屬于同一類天體,活動(dòng)星系核外圍繞著一個(gè)光學(xué)厚塵埃環(huán),不同類型的活動(dòng)星系核只是因觀測(cè)者視線相對(duì)于活動(dòng)星系核對(duì)稱軸的取向不同而已。觀測(cè)表明,活動(dòng)星系核中塵埃的組成成分及尺寸與銀河系星際塵埃有很大的差別.本文介紹活動(dòng)星系核核周塵埃的消光和紅外輻射以及塵??赡艿幕瘜W(xué)組成和尺寸分布的研究現(xiàn)狀。

      關(guān)鍵詞:活動(dòng)星系核;塵埃;發(fā)射;消光;硅酸鹽

      0引言

      活動(dòng)星系核(Active,Galactic,Nuclei AGN)是一類中央核區(qū)活動(dòng)性很強(qiáng)的河外星系,它包括塞弗特星系、類星體、射電星系、低電離核發(fā)射區(qū)(LINER)、蝎虎座BL天體、光變激變星系以及窄線X射線星系等[1],它是天體物理學(xué)研究的熱門課題之一。隨著活動(dòng)星系核觀測(cè)的發(fā)展,學(xué)者們?cè)噲D用統(tǒng)一模型來對(duì)其進(jìn)行解釋.1993年Antouncci和Miller提出了統(tǒng)一模型理論[2],他們認(rèn)為呈現(xiàn)不同觀測(cè)特征的活動(dòng)星系核在物理本質(zhì)上屬于同一類天體,活動(dòng)星系核外圍環(huán)繞著一個(gè)光學(xué)厚塵埃環(huán)(Optically Thick Dust Torus),不同類型的活動(dòng)星系核只是因觀測(cè)者視線相對(duì)于活動(dòng)星系核對(duì)稱軸的取向不同而已:I型活動(dòng)星系核(Type1AGNs)是觀測(cè)者沿著塵埃環(huán)軸的方向看去,因而能看到核區(qū)、寬線區(qū)和窄線區(qū);II型活動(dòng)星系核(Type,2AGNs)是觀測(cè)者沿著塵埃環(huán)方向看去,由于核區(qū)和寬線區(qū)被塵埃環(huán)擋住,因而只能看到窄線和很弱的核區(qū)輻射。

      塵埃環(huán)(Dust,Torus)是活動(dòng)星系核的一個(gè)重要組成部分,它在活動(dòng)星系核的統(tǒng)一模型中起著至關(guān)重要的作用:各種活動(dòng)星系核的差異主要由與塵埃環(huán)遮蔽相關(guān)的“取向”(Orientation)效應(yīng)決定。Heisler等人對(duì)寬容許發(fā)射譜線(Broad Permitted,Emission,Lines)的光譜偏振探測(cè)首次直接指出“中央引擎”(Central Engine)外圍繞著遮蔽塵埃環(huán).紅外觀測(cè)更是直接證明了塵埃環(huán)的存在:圍繞核心的塵埃吸收了活動(dòng)星系核的光照并且在紅外波段把所吸收的能量輻射。出來,來自塵埃的紅外輻射占I型活動(dòng)星系核總光度的10%以上,然而Ⅱ型活動(dòng)星系核的塵埃紅外輻射超過其總光度的50%[5]。在一些I型活動(dòng)星系核中觀測(cè)到波長(zhǎng)范圍為2,?m到幾微米的近紅外“駝峰”(Bump).這個(gè)駝峰來自于溫度大約1200–1500K(該溫度接近于硅酸鹽和石墨顆粒的升華溫度)的熱塵埃[6,7]。近些年來,中紅外干涉觀測(cè)已經(jīng)清晰地探測(cè)到活動(dòng)星系核的塵埃環(huán),并能辨析其尺度。另外,中心波長(zhǎng)為10?m的硅酸鹽塵埃(Silicate,Dust)吸收特征和3.4?m脂肪族碳?xì)浠衔铮ˋliphatic Hydrocarbon,Dust)吸收特征在嚴(yán)重遮蔽的II型活動(dòng)星系核中被廣泛觀測(cè)到。近年來,隨著Spitzer紅外空間望遠(yuǎn)鏡的成功運(yùn)行,人們?cè)谠S多I型活動(dòng)星系核中探測(cè)到10?m硅酸鹽發(fā)射特征。為了更好地理解活動(dòng)星系核的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),人們必須確定活動(dòng)星系核塵埃環(huán)的幾何性質(zhì)并了解圍繞核心的塵埃的性質(zhì)。

      1塵埃消光

      消光律(Extinction Laws,即消光曲線Extinction Curves)是指消光Aλ隨波長(zhǎng)λ變化的規(guī)律.對(duì)尺度為a的塵埃來說,當(dāng)星光的波長(zhǎng)跟它的尺寸相當(dāng)時(shí),λ≈2πa,此塵埃粒子散射(Scattering)和吸收(Absorption)星光最為有效。消光是散射與吸收之和.因此,消光律直接反映了塵埃的尺寸分布.星際消光曲線通常由“配對(duì)法”來確定:兩個(gè)光譜型相同的天體,其中一顆紅化效應(yīng)顯著而另一顆沒有紅化,將它們的能譜進(jìn)行比較從而較準(zhǔn)確地確定消光。如圖1所示,銀河系的消光律可粗略地分成三段:①在近紅外、可見光和近紫外波段,其消光基本上隨波長(zhǎng)的倒數(shù)λ?1線性上升;②在λ?1=4.6?m?1(即λ=2175?)處有個(gè)很強(qiáng)的紫外吸收駝峰;③在遠(yuǎn)紫外上至λ?1=10?m?1,其消光隨波數(shù)λ?1陡峭上升。從星際消光曲線可以得知,星際塵埃中一定存在兩類尺寸的顆粒:①大塵粒:a≥0.1?m(λ/2π≈a),它能解釋可見光波段消光;②極小的塵粒:a≤0.016?m(λ/2π≈a),它能解釋遠(yuǎn)紫外(λ≈0.1?m)的消光[10]。就銀河系而言,波長(zhǎng)在0.125?m≤λ≤3.5?m范圍的星際消光曲線可以用只含一個(gè)自由參量RV的解析公式近似,自由參量RV為總消光與選擇消光之比,RV≡AV/E(B?V),其中AV為V波段消光,E(B?V)=AB?AV為星際紅化,即B波段與V波段消光之差。對(duì)于銀河系彌散星際介質(zhì),RV的典型值為3.1,即銀河系的平均消光。光學(xué)/紫外的消光曲線和RV隨著環(huán)境的變化而變化:介質(zhì)越密,RV越大,遠(yuǎn)紫外消光曲線的斜率越小,其2175?駝峰較弱,表明在該區(qū)域塵埃尺寸較大;介質(zhì)越疏散(Diffuse),RV越小,消光曲線越陡峭,其2175?駝峰較強(qiáng),表明在該區(qū)域塵埃尺寸偏小。

      Crenshaw等人將賽弗特1型星系核NGC3227的HST/STIS紫外光譜、光學(xué)光譜與非紅化的賽弗特星系NGC4151進(jìn)行比較,得到了一條紅化曲線。他們發(fā)現(xiàn)得到的消光曲線相比于小麥哲倫云的消光曲線在紫外波段更陡峭,并且沒有2175?駝峰.用同樣的方法,他們將窄線賽弗特1型星系A(chǔ)rk564的HST/STIS紫外光譜及光學(xué)光譜與未被紅化的窄線賽弗特1型星系Mrk493進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn):Ark564的消光曲線也沒有2175?駝峰;在紫外波段相比于星際消光曲線更陡峭但不如小麥哲倫云消光曲線;并且在波長(zhǎng)~4000?處“翻轉(zhuǎn)”(Turning-up),而標(biāo)準(zhǔn)銀河系、大麥哲倫云和小麥哲倫云消光曲線卻是長(zhǎng)~2500?處“翻轉(zhuǎn)”。

      2結(jié)論

      綜上所述,觀測(cè)表明活動(dòng)星系核中塵埃的組成成分及尺寸與銀河系星際塵埃有很大的區(qū)別,盡管人們對(duì)于活動(dòng)星系核中的塵埃了解甚少?;顒?dòng)星系核塵埃的消光是偏平坦(表明塵埃是大尺寸)還是類小麥哲倫云消光(表明塵埃是小尺寸)尚存在爭(zhēng)議。

      參考文獻(xiàn):

      [1]李宗偉, 肖興華. 天體物理學(xué). 北京: 高等教育出版社, 2000. 401–407

      [2]Antonucci R. Unified models for active galactic nuclei and quasars. Annu Rev Astron Astrophys, 1993, 31: 473–521

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