宇宙中最神髓的天体——类星体(三)：活动星系核及其观测特征
最新2018《星海求知：天文学的奥秘》期末考试答案
地球
B、
月球
C、
水星
D、
冥王星
正确答案：A我的答案：A
44太阳有利于地球上生命延续的条件不包括（）。（1.0分）1.0分
A、
质量、体积适中
B、
寿命足够长
C、
与其他恒星组成双星系统
D、
氢-氦热核反应稳定而持久
正确答案：C我的答案：C
45元素的产生，到达（）元素时就无法“正常”继续了，必须依靠超新星爆发才能够继续产生。（1.0分）1.0分
正确答案：√我的答案：√
18地外生命理应必然存在，地外智慧文明则不必。（）（1.0分）1.0分
正确答案：√我的答案：√
19IAU-SETI先后通过21cm波段和射电波段向宇宙展开通讯，但迄今一无所获。（）（1.0分）1.0分
A、
au
B、
ly
C、
pc
D、
Mpc
正确答案：D我的答案：D
20太阳系前五大卫星当中，质量与其所属行星质量最接近的是：（）（1.0分）1.0分
A、
木卫三
B、
月球
C、
土卫六
D、
木卫四
正确答案：B我的答案：B
21Ia型超新星与（）定律所描述的经典情况并不一致。（1.0分）1.0分
A、
牛顿
B、
麦克斯韦
C、
普朗克
A、
客星出南门中
B、
大如半筵
C、
五色喜怒
D、
至后年六月消
正确答案：C我的答案：C
49人类目前认识到的全部的宇宙物质，占全部宇宙物质的份额接近（）。（1.0分）1.0分
A、
.05
B、
.25
C、
类星体
越来越多的证据显示，类星体实际是一类活动星系核 (AGN)。而普遍认可的一种活动星系核模型认为，在星系的 核心位置有一个超大质量黑洞，在黑洞的强大引力作用下， 附近的尘埃、气体以及一部分恒星物质围绕在黑洞周围， 形成了一个高速旋转的巨大的吸积盘。在吸积盘内侧靠近 黑洞视界的地方，物质掉入黑洞里，伴随着巨大的能量辐 射，形成了物质喷流。而强大的磁场又约束着这些物质喷 流，使它们只能够沿着磁轴的方向，通常是与吸积盘平面 相垂直的方向高速喷出。如果这些喷流刚好对着观察者， 就能观测到类星体。
类星体是类似恒星天体的简称， 类星体是类似恒星天体的简称， 又称为似星体、魁霎或类星射电源， 又称为似星体、魁霎或类星射电源， 与脉冲星、 与脉冲星、微波背景辐射和星际有机 分子一道并称为20世纪60 20世纪60年代天文学 分子一道并称为20世纪60年代天文学 四大发现” 长期以来， “四大发现”。长期以来，它总是让 天文学家感到困惑不解。 天文学家感到困惑不解。类星体是迄 今为止人类所观测到的最遥远的天体， 今为止人类所观测到的最遥远的天体， 距离地球至少100亿光年。 100亿光年 距离地球至少100亿光年。类星体是 一种在极其遥远距离外观测到的高光 度和和强射电的天体。 度和和强射电的天体。类星体比星系 小很多， 小很多，但是释放的能量却是星系的 千倍以上， 千倍以上，类星体的超常亮度使其光 能在100 100亿光年以外的距离处被观测 能在100亿光年以外的距离处被观测 据推测， 100亿年前 亿年前， 到。据推测，在100亿年前，类星体 比现在数量更多，光度更大。 比现在数量更多，光度更大。
20世纪六十年代，天文学家 在茫茫星海中发现了一种奇特 的天体，从照片看来如恒星但 肯定不是恒星，光谱似行星状 星云但又不是星云，发出的射 电(即无线电波)如星系又不是 星系，因此称它为“类星体[1] 类星体[1] 类星体[1]”。 类星体的发现，与宇宙微波背 景辐射、脉冲星、星际分子并 列为20世纪60年代天文学四大 发现。
类星体与活动星系核
§1. 类星体与活动星系核§1.1 活动星系核的分类活动星系(active galaxy)是一类特殊的星系, 其上存在着猛烈的活动现象或剧烈的物理过程，如超过恒星内部核反应的产能，相对论性高能粒子的产生，非热辐射，高能X 和γ射线，物质的喷射和爆发现象等。
但是，活动星系上的这些现象和过程主要发生在星系的核心，或者是从核心引发出来。
活动星系的核心即为活动星系核(active galactic nuclei, 简称AGN)。
在现代一般的文献中，除非特别指明，并不严格地区分活动星系和活动星系核，两者都用AGN 表示。
严格地定义活动星系核是很难的，至今没有一个统一的量化标准。
通常是根据活动星系核的主要观测特征来判断。
AGN 的观测特征主要有：(1) 明亮的致密核区。
有些AGN ，如类星体，只能观测到致密核区，其巨大的辐射光芒掩盖了星系的其余部分；有些AGN ，虽然可观测到星系，但致密核区的辐射占了星系总辐射的相当大的部分。
AGN 的光度在1043 ～ 1048 erg s -1,比正常星系高得多。
但尺度很小，一般认为，小于0.1 pc.(2) 在某些波段，如射电、光学、X 射线等，存在非热致连续辐射。
此时，谱呈幂律形式：νF ∝αν−，且辐射是偏振的。
或者，在某些波段的辐射是热致的，或以热辐射为主，但热辐射并不起源于恒星。
(3) 存在强的原子和离子发射线。
(4) 连续辐射的强度，发射线的强度和轮廓，偏振等可能随时变化。
(5) 具有比正常星系更强的发射高能光子（X 和γ射线）的能力。
具有以上全部或部分特征的称为活动星系核。
有些天体，如类星体，具有以上全部特征，是活动性最强的AGN 。
有些天体，只具有部分特征，如蝎虎天体，也是典型的AGN 。
有些星系，如银河系，中心有星系核，可能满足上面的(2)～(5)，但核的辐射功率小，与整个星系的辐射相比微不足道，这种星系核不称为活动星系核。
活动星系核包含很多品种。
宇宙中最神秘的天体——类星体(一):发现类星体
宇宙中最神秘的天体——类星体(一)：发现类星体
何香涛
【期刊名称】《自然杂志》
【年(卷),期】2014(036)003
【摘要】1963年,美籍荷兰天文学家施米特(Schmidt)揭开了类星体的面纱.作为宇宙中最神秘的天体,经过50多年的研究,关于类星体仍然有很多疑惑.天文学在1960年代的四大发现中,另外三大发现已获得5项诺贝尔奖,为何唯独类星体从没得到诺贝尔奖的青睐？
【总页数】7页(P218-224)
【作者】何香涛
【作者单位】北京师范大学天文系,北京100875
【正文语种】中文
【相关文献】
1.宇宙中最神秘的天体——类星体(三):活动星系核及其观测特征 [J], 何香涛
2.宇宙中最神秘的天体——类星体(二):寻找类星体 [J], 何香涛
3.宇宙中最神秘的一种天体--类星体 [J], 何香涛
4.宇宙神秘类星体喷流超银河系辐射总功率100倍 [J],
5.哈尼天体——类星体的绿色幽灵 [J], 北辰
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类星体笔记
第一章.类星体与活动星系核AGN 的观测特征：（1）明亮的致密核区 pc s 1.0; erg 10~1014843-（2）某些波段，存在非热致连续辐射。
谱呈幂律形式：ανν-∝F 。
辐射是偏振的——辐射起源？（3）存在强的原子或离子发射线（4）连续辐射的强度，发射线的强度、轮廓和偏振可能随时变化（5）具有比正常星系更强的发射高能光子的能力大致分类：Quasar ——类星体（有时指射电噪类星体）QSO （Quasi-Stellar-Object ）——类星体Seyfert Galaxies ——赛弗特星系Radio Galaxies ——射电星系BL Lac Objects ——蝎虎座BL 型天体OVV （Optically Violent Variable ）——光学激变天体LINER （low ionization nuclear emission-line region ）——具有低电离核发射线区的星系Blazar ——耀变体（BL Lac 和OVV 的统称）第二章.类星体巡天一．巡天的意义：最遥远的一类天体，提供了最大的时间和空间跨度——研究宇宙的发展史类星体的空间分布、光度函数、类星体吸收线——类星体及有关天体的特征是怎样随红移演化；宇宙大尺度结构和星系形成演化的线索搜寻类星体的困难：1.类星体的面密度很低。
恒星的面密度是类星体的40倍以上2.选取类星体的候选者的方法不完善。
选择方法具有偏向性（红移、亮度）；选择效率与完备性巡天的依据：类星；强的发射线光谱；从伽马射线到射电波段的连续谱；连续辐射的光变【颜色巡天】1.紫外超（UVX）巡天（两色巡天）低红移（<2.2 ）类星体的幂律连续谱表明它们有明显的紫外超。
典型类星体U-B=-1，最热主序星U-B=0.4-0.5——类星体候选者标准：U-B<-0.4 。
只需测U、B星等，简单易行；效率不高历史：亮类星体巡天(BQS）判据是U – B < - 0.44 114 个类星体UKST(UK Schmidt Telescope)颜色巡天：BJ 和红区的R。
活动星系核
大幅度、短时标光变 → 致密核
• 3C 279几天内可变亮4倍
伽马射线爆发
X射线爆发
Blazars：相对论聚束效应
Blazars的极端特征被解释为其相对论喷流大 致沿观测者的视线方向，因而具有显著的相对 论聚束相应，使得观测到的 • 光子能量升高 • 光度放大 • 时标变短 相对论修正 内禀特征
AGN的类型与喷流和视线的夹角有关
喷流的视超光速运动 Superluminal Motion
活动星系核的喷流（抛 射物）似乎以超光速向 外运动（天球上横向） 如对类星体3C279的3 年时间的VLBI射电观测 表明喷流中最外围团块 的运动速度接近光速的 4倍
射电瓣
核nucleus
射电节 knot
室女星系团中心的巨椭圆星系 第一个观测到(光学)喷流的星系。喷流 光学 的长度约 2kpc，由不连续的团块构成， 在射电到X射线波段产生同步辐射
M87
射电
红外
射电
Centaurus (半人马座 ) A (NGC5128)
最近最壮观的双瓣射电源 光学像：非典型巨椭圆星系， 可能是星系并合而成，环形 尘埃带（兰巨星）
正常星系
相同视场：光学 vs X射线
Optical (HST)
X-ray (Chandra)
类星体 PKS 1127-145
1.1 高光度
银河系
X射线光度 光学光度 1 1 2 2 射电光度 1
射电星系 100-5,000 赛弗特星系 300-7×104
2X103-2×106 20[-2×106]
天文学导论
第13讲 活动星系核
There is a beast at the centers of galaxies!
活动星系核及恒星反馈和星系风
星系中恒星形成活动的剧烈烈程度正相关 (Mineo et al. 2012)。星系周热介质可能含有相 当多的质量量和 金金属，研究它对我们理理解盘星系的形成 至关重要。 3）活动星系核外流 在当前冷暗物质宇宙学（ΛCDM）框架下的星系成级次演化的主流模型中，质量相近的两 个盘状星系并合（Major Merger）是其中不可或缺的一个成分。早在 Sanders et al. （1988）的经典工作中，由星系并合引起的一系列过程在星系形成和演化中的重要性已 经得到了充分认识。星系并合引起的引力潮汐可以扰动恒星形成中的气体，触发星暴、活 动星系核现象。星系中心的超大质量黑洞在很短的时间延迟后，由于获得大量的气体供应 进入快速吸积、质量增长的过程，即活动星系核（AGN）状态。 目前较为普遍接受的观点认为，中心黑洞的活动在星系形成和演化过程中起到关键性 的作用。数值模拟工作往往通过植入一个活动星系核反馈（AGN Feedback）的关键成分 来移除大量的冷气体，避免过多恒星形成，来实现星系及其中心黑洞质量增长的自我调节， 才能获得和观测（例如著名的 M－σ关系）相符的模拟结果（Di Matteo et al. 2005, Springel et al. 2005）。更接近现实的理论模拟将依赖于添加重子物理过程的细节和对反 馈的详细过程深入研究。 4） 环 星系介质中的反馈 物理 环星系介质（circumgalactic medium; CGM）是近几年天文学研究的一个热点方向， 有大量的观测进展（尤其是氢原子与各种金属吸收线的探测），对星系的成长演化、失踪 重子之谜、星系际介质 IGM 的金属丰度演化等都有很大影响（Tumlinson et al. 2017）。 星系中已知的可见重子物质主要是恒星与星际介质，但只占按宇宙中重子物质比例预期值 的 20%以下，这个星系尺度的“失踪重子之谜”是低红移（红移 z < 2）宇宙中重子物质分 布的一个核心问题。近几年对类星体光谱中金属吸收线的观测研究，发现相当一部分失踪 重子隐藏在星系的暗物质晕中。所谓的“环星系介质”正是随着这些观测突破开始变得广为 人知的一个天文学术语。环星系介质可以定义为星系盘以外，星系暗物质晕维里半径之内 的重子物质，包含冷气体、温气体与热气体（见图 1 左）。观测表明，环星系介质有可 能可以解释银河系大小的星系的大部分或者全部失踪重子（Fang et al. 2013）。
尔雅通识课《星海求知：天文学的奥秘》
1.1人类天生就是追星族1中国贵州在建的射电望远镜口径为（）米。
•A、10•B、30•C、300•D、500正确答案：D2地面上在建的最大的光学望远镜口径为（）米。
•A、10•B、20•C、30•D、40正确答案：C3大型望远镜一般不包括哪种类型？（）•A、光学•B、射电•C、空间•D、手持双筒正确答案：D4康德作为德国著名哲学家，其墓葬地址在德国境内也受到了良好的保护。
（）正确答案：×1.2古人观天1苍龙、白虎的图腾形象最早出现于何处文物遗址？（）A、月相B、太阳影子C、星象D、气候正确答案：B4顾炎武“三代以上，人人皆知天文”说的是比夏商周三代更早的时期。
（）正确答案：√1.3斗转星移1四个位置方向按照顺时针顺序，正确的排序是（）。
A、参宿四B、参宿七C、天狼星D、南河三正确答案：B3北极星在地球上看来不动，是因为地球自转轴正指着它。
（）正确答案：√4自东向西不是任意星空区域的周日运动的方向。
（）正确答案：√1.4寒来暑往1关于“七月流火”的解释，正确的是（）。
D、火星在农历七月不再上升我的答案：C2在夜晚找到了北极星，也仍然无法确定（）。
A、地心说完全谬误B、日心说完全正确C、教廷最终完全接受了科学D、对不同的学术观点不应压迫我的答案：D4南北回归线正是黄赤交角的体现。
（）我的答案：√1.5太阳周年视运动1太阳周年视运动方向是（）运动的反映。
C、月球公转D、月球自转我的答案：B2春分前后，太阳位于（）季星空。
A、春B、夏C、秋D、冬我的答案：C3太阳周年视运动指的是太阳在星空背景上以年为周期做周期性运动，是太阳的真实运动。
（）我的答案：×4太阳周年视运动是人类最早注意到的自然现象之一。
（）我的答案：√1.6星座的由来1黄道十二宫是哪个文明首先提出的？（）我的答案：D2下列哪个星座是大航海时代以后新划分的？（）A、大熊B、望远镜C、长蛇D、海豚我的答案：B3星座只是恒星在地球角度上的投影，同一星座的不同恒星彼此相距可能极为遥远。
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ｌ Ｖ ｏ １ ． ３ ８ Ｎ ｏ ． １ ｌ Ｎ Ａ Ｔ ｕ Ｒ Ｅ Ｆ 。 Ｒ ｕ Ｍ
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ５ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ０ ２ ５ ３ — ９ ６ ０ ８ ． ２ ０ １ ６ ． Ｏ １ ． ０ ０ ８
星 体 （ 三 ） ： 活 动 星 系 核 及 其 观 宇 宙 中 最 神 秘 的 天 体 类 测 特 征
何香涛
北京师范大学天文系，北京 １ ０ ０ ８ ７ ５
摘 要 活动星系核大家族中 ， 除类星体之外 ， 还有塞弗特星系和 Ｂ Ｌ Ｌ ａ ｃ 天体等 。据估计 ， 河外星系中有将近一半的河外 星系 具 有某种剧烈 的活动。大家族的最主 要成员是类星体 。天文学家对类星体 的表面特征做了详细 的观测 ， 包括它的亮度 、大 小和喷流结构。但是 ， 到目 前 为止 ， 我们只能绘 出一张带有想象力的、并不十分确切的类星体 结构 图。 关键词 类星体 活动星系核 ： 喷流
由此可见，活动星系核 在星 系中所 占的比例还是
相 当大 的 。
到 了２ Ｏ 世纪８ ０ 年代 ，随着对 活动星 系研 究的逐渐 深入 ，发现活动星系之所 以比普通 星系活动 ，关 键在 于 活动 星系 的核 心 部分 。核 心部 分有 多大 呢 ？大多连一光年都不到 ，但活动星系的主要辐
射能量 ，全都是从这不到一光年的小小区域里产
在 众 多 的活动 星 系核 大家 族 中 ，这 里 只能 摘 出一二个来加 以简述 。
１ ． １ 塞弗特星系
１ ９ ４ ３ 年 ，美 国天文 学 家 卡 尔・ 塞 弗特 （ Ｃ ａ ｒ ｌ
Ｋ． Ｓ ｅ ｙ ｆ ｅ ｒ ｔ ） 在威 尔 逊 山天 文 台（ Ｍｏ ｕ ｎ ｔ Ｗｉ ｌ ｓ ｏ ｎ
１ 活动星系核家族
天文 学 家应 该 属于 思维 最丰 富 的科 学家 。 早在古代 ，天文学家 的主要任务之一便是给皇帝
ｎ ｕ ｃ ｌ ｅ ｉ ，简称Ａ Ｇ Ｎ。真正 的活动 星系核 ， 自然应 该 专指 活动 星 系 的核本 身 ，但是 ，核 的部分所 占的 比重 又太 小 了 。 目前 ， 国际上 公认 的 叫法 ＡＧ Ｎ指 的是整个 活动 星系 ，而 并非仅仅 是核 心
外的星系 ；其次，这 些天体都 比普通 的星系显得 活跃 。因此 ，很 自 然 地把它们通称 为活动星系 。
因之一是活动星系核 的定义还不十分确切 。如果 将具有发射线的星 系都看作活动性剧烈 的星系 ，
那么 ，晚型星系中８ ０ ％具有发射线 ，旋涡星系 中
２ ０ ％具有发射线，椭 圆星系中５ ０ ％具有发射线 。
部分。
算命 。算命者 ，免不 了编瞎话欺骗皇帝 。到 了近
代 ，不好再编瞎话 了，但 为了哗众取宠可 以造一
些名词 ，活动星系核大概就属于这样造 出来 的。
在 所有 的河 外 星 系 中，活动 星 系核 所 占的
比例有多大呢 ？目前还缺少准确 的统计数据 ，原
类 星 体发 现之 后 ，天 文学 家对 它 的研 究兴趣 越 来 越浓 。不久 ，天文 学家 们注 意 到 ，类 星 体 的 物 理特 性并非是独 一无二的，和类星体相似 的天 体还有 许多 。首先，这些天体都是位 于银河系之
＿ ■ ■ ５２
生 的 。于是 有人 提 出 ，与其 叫做 活动 星 系 ，还
不如 叫活动星系核更 生动，英文 是ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｇ ａ ｌ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ
Ｏ ｂ ｓ ｅ ｒ ｖ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ） 从事星 系的红移研 究 ，他 发现有些
十 通信作者 ，Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ：ｘ ｔ ｈ ｅ ＠ｂ ｎ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ