活動(dòng)星系核中的塵埃消光性分析

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