天体物理10市公开课一等奖省名师优质课赛课一等奖课件

/10/10xkong@1第六章

河外星系研究历史星系分类

星系测量特殊星系：活动星系

星系团

星系演化/~xkong/introast/10/10xkong@2LEARNINGGOALS活动星系和正常星系主要区分是什么？赛弗特星系、射电星系、类星体特征？

活动星系中心能源机制和统一模型？活动星系怎样形成和星系演化理论？/10/10xkong@3定义：含有显著猛烈活动一类星系星暴星系：内部有巨大恒星形成暴发区。它特征是红外光度显著高于光学光度活动星系核：星系中心区域有一个极小而极亮核；有强非热连续谱

活动星系数量约为正常星系总数1%活动星系/10/10xkong@4活动星系和正常星系能谱分布不一样中心能源机制差异

/10/10xkong@5星暴星系StarburstGalaxies星系中有巨大恒星形成暴发区特征是红外光度显著高于光学光度普通星系也形成恒星,不过形成速度很慢.星暴星系中,恒星形成是非常猛烈/10/10xkong@6星暴星系中恒星形成猛烈，将在较短时间内(lessthanabillionyears)消耗掉其内部气体starburstsaretemporary/10/10xkong@7星暴星系中形成很多大质量恒星，他们演化到晚期发生超新星暴发，将产生星系风M82isthearchetypalstarburstgalaxy.

/10/10xkong@8Agalacticwindinasmallgalaxycandriveawaymostofitsgas/10/10xkong@9星暴星系主要特征：假如以现在恒星形成率(SFR)连续形成恒星，将在远远短于宇宙年纪(13.7Gyr)时标内消耗掉其内部气体。Thisissometimesreferredtoasa"true"starburst.假如以现在恒星形成率(SFR)连续形成恒星，

其恒星形成时标也远小于其动力课时标(perhapsonerotationperiodinadisktypegalaxy).ThecurrentSFR,normalisedbythepast-averagedSFRismuchgreaterthanunity/10/10xkong@10星暴触发机制星系相互作用两个星系并合/10/10xkong@11活动星系核

activegalacticnucleus(AGN)

AnAGNisacompactregionatthecentreofagalaxywhichhasamuchhigherthannormalluminosityoversomeoralloftheelectromagneticspectrum.AgalaxyhostinganAGNiscalledanactivegalaxy./10/10xkong@12活动星系核分类Radio-loudobjectsacontributionfromthejet(s)andthelobestheyinflatedominatestheluminosityoftheAGNRadio-loudquasars：射电类星体BLLacobjects

：蝎虎天体Radiogalaxies：射电星系Radio-quietobjectsaresimplersincejetandjet-relatedemissioncanbeneglected.Low-ionizationnuclearemission-lineregions(LINERs)：低电离核发射区Seyfertgalaxies

：赛弗特星系Radio-quietquasars/QSOs：射电宁静类星体/10/10xkong@13活动星系核特点能量极高星系，中心是一个超大黑洞辐射绝大部分来自星系核，其它部分弱观察特点：有有快速光变，

时标为几小时至几年有有显著暴发觉

象，如喷流（Jet）有光谱中有宽发

射线，如Ha谱线/10/10xkong@14非热辐射正常星系：恒星黑体辐射，热辐射AGN：非热辐射，SED峰值在FIR/10/10xkong@15Brightnucleus,jetsandirregularappearance/10/10xkong@16High,rapidvariability光变时标:severaldaystooneyear→sizeofthepowersource<1lyr/10/10xkong@17AGN光谱：强发射线和偏振/10/10xkong@18射电星系Radiogalaxy

通常指发出强烈射电辐射（比普通星系强一百到一百万倍）星系

射电星系大多为椭圆星系、巨椭圆星系和超巨椭圆星系/10/10xkong@19M87长时间曝光短时间曝光射电观察NIR观察/10/10xkong@20发出强烈射电辐射(比普通星系强102～106倍)星系,

射电：(~1042-1045

ergs-1)

正常：(~1037-1039

ergs-1)射电连续谱普通为幂律谱，且有偏振，谱指数平均为0.75含有非热性质，起源于相对论性电子在磁场中运动时产生同时加速辐射射电星系射电形态多样，可分为致密型、核晕型、双瓣型、头尾型和包含多个子源复杂形射电星系特征/10/10xkong@211954–CygnusAidentifiedwitha17.5maggalaxy–strongradiosourcescanbeopticallyfaint!1962-3C273identifiedwithastar-likeobjectwithpeculiarspectrum1931–KarlJanskydiscoversradioemissionfromtheGalaxy/10/10xkong@22NGC5128(CenA)radiogalaxyatabout2.5Mpc.HSTimage+VLA(6cm)image/10/10xkong@23/10/10xkong@24M87(VirgoA)Thefirstgalaxyfoundtohavejets/10/10xkong@25Radioemissionisproducedbyhigh-speedelectronsinmagneticfieldsthroughsynchrotronradiationThesystemmayappeartousaseitheralobeoracore–haloradiogalaxy,dependingonourlocationwithrespecttothejetsandlobes./10/10xkong@26HST观察到从活动星系M87(射电星系)中心喷出一个长度为5000光年喷流

Thesynchrotronradiationofthejet(blue)contrastswiththestarlightfromthehostgalaxy(yellow)./10/10xkong@27/10/10xkong@28赛弗特星系SeyfertGalaxies极亮核区高电离发射线谱由谱线宽度分Sy1和Sy2namedafterCarlSeyfert,1943年首次发觉了这类星系/10/10xkong@291943–CarlSeyfert–surveyofgalaxieswithstar-likenuclei&brightemissionlinesNGC7742isaspiralgalaxywithaprominentyellownucleussurroundedbyspiralarmscontainingmanyyoung,hotblue

stars.ItisaSeyfertgalaxy,andfirststudiedbyastronomer

CarlSeyfertinthe1940s.

/10/10xkong@30NGC4151逐次深度曝光图像Seyfert星系图像深度观察显示其为旋涡星系/10/10xkong@31/10/10xkong@32AlmostallSeyfertgalaxiesarespirals.About1%ofallbrightspiralgalaxiesareSeyfertgalaxies.Theluminositiesoftheirnucleiareabout~1043-1045

ergs-1,ofthesameorderasalltherestofthegalaxy.Seyfert星系多为旋涡星系射电星系多为椭圆星系/10/10xkong@33Sy2

≤103kms-1Sy1

~104kms-1TypeISeyferts宽光谱发射线，velocitiesaround/high1000km/s.TypeIISeyferts窄光谱发射线，haveverylowvelocitiesSeyfertgalaxies

分类/10/10xkong@34StarburstgalaxyM94SeyfertgalaxyNGC7742核更亮，宽发射线/10/10xkong@35蝎虎座BL型天体

BLLacObjectsBLLacGalaxies,whicharealsocalledblazars,weremisnamed.Thefirstonediscoveredwasgivenastarname(BLLac),inparticularanameassociatedwithstarsthatchangebrightness.theseareactuallygalaxieswithverybrightcentralregions,sobrightthattheylooklikeabrightstarwhenseenatgreatdistances.亮核状天体，谱线很弱或无、含有快速光变/10/10xkong@361929年发觉，蝎虎座BL型天体其名字来自其原型蝎虎座(Lacerta)天体BL特征以下：亮度改变极大，能够在几个星期内增亮100倍

光谱普通缺乏发射线和吸收线恒星状，非热辐射主导椭圆星系/10/10xkong@37位于大椭圆星系onehundredimagesofBLLacgalaxiesNordicOpticalTelescope/10/10xkong@38Spectrashownoemissionorabsorptionlines-thisisafairlyunusualcharacteristicforagalaxy,especiallyanActiveGalaxyBLLacobjectshavespectradominatedbyafeaturelessnon-thermalcontinuum/10/10xkong@39OpticalspectraofsomeBLLacobjects

/10/10xkong@40/10/10xkong@41Rapidandviolentvariabilitywithindaystomonths./10/10xkong@42类星体QSOsQuasarswereoriginallythoughttobestarswithverystrangespectra.图像和恒星相同，点源/10/10xkong@43Opticallyappearalmostaspointsources.Quasars–quasi-stellarradiosourcesQSOs–quasi-stellarobjects.Quasars,QSOs类星体3C273z=0.158

类星体发觉

(20世纪60年代四大天文发觉之一）MaartenSchmidt/10/10xkong@44Thefirstquasar3C273withverystrong,wide,unknownemissionlinesIn1963MaartenSchmidtinterpretedtheopticalemissionlinesof3C273ashydrogenBalmerlinesredshiftedby16%.HST+VLA/10/10xkong@45大部分连续辐射位于红外波段Quasars：超大质量黑洞吸积周围物质，释放能量/10/10xkong@46

Anartist'simpressionofagrowingquasaraquasarisacompacthaloofmattersurroundingthecentralsupermassiveblackholeofayounggalaxy.

/10/10xkong@47High-zQuasarscharacteristicsveryfastmoving–z=6.4(v~0.96*c).veryfaraway-Hubble'sLaw光谱中有宽/强发射线

亮度极高：高红移时依然能够观察到有些源存在光变：variableenergysourcesenergysource辐射区域小：

光变

光谱中存在大量低红移吸收线系：Lymanalphaforest/10/10xkong@48SpectraofthecurrentlyhighestredshiftedquasarTheLymanAlphaForestisshowninthespectrumofthequasaronthebottom.

/10/10xkong@49GascloudsbetweenaquasarandEarthabsorbsomeofaquasar’slightWecanlearnaboutprotogalacticcloudsbystudyingtheabsorptionlinestheyproduceinquasarspectra/10/10xkong@50AGN统一模型

UnifiedmodelsofAGN

活动星系特征高光度(>1012

LSun)非热连续辐射快速光变

辐射源大小<1pc特殊形态（亮核、喷流）宽发射线

辐射源内气体高速运动Emitenergyoverawiderangeofwavelengths活动星系核分类：Radiogal.、Sy1/2、QSOs、BLLac/10/10xkong@51中心大质量黑洞，体积小黑洞外围存在吸积盘吸积盘周围存在气体云吸积盘能够产生垂直与盘喷流气体云外围有一个宽冷尘埃环(torus)/10/10xkong@52活动星系核统一模型

不一样类型AGN只是因为观察视角不一样：'orientation-basedunifiedmodels‘射电宁静(radio-quiet)AGN统一模型：射电弱SyI型星系是直接观察到光度较低AGN本身Sy2型星系是视线方向上受到了冷尘埃环阻挡假如AGN光度较高，直接观察到就是类星体射电噪(radio-loud)AGN统一模型：

射电强射电星系被遮蔽环挡住了视线类星体没有被遮蔽环挡住视线假如视线方向与喷流夹角小，观察到蝎虎BL型天体/10/10xkong@53/10/10xkong@54/10/10xkong@55WhatisthepowersourceforAGN?/10/10xkong@56黑洞-吸积盘模型：能源机制星系活动性源于星系关键区域超大质量(106-1010M⊙)黑洞，黑洞物质吸积提供了活动星系能源活动星系核“中央引擎”是一个超大质量黑洞在引力作用下，黑洞周围气体朝黑洞下落含有角动量物质，在黑洞周围形成了吸积盘吸积盘中有耗散作用，气体被加热到很高温度同时物质下落到黑洞中央，释放