活動(dòng)星系核中的塵埃消光性分析

1、    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

2、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(lái)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

3、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)

4、星系核的光照并且在紅外波段把所吸收的能量輻射。出來(lái)，來(lái)自塵埃的紅外輻射占i型活動(dòng)星系核總光度的10%以上，然而型活動(dòng)星系核的塵埃紅外輻射超過(guò)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(lái)自于溫度大約12001500k（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(lái)，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╝liphatic hydrocarbon，dust）吸收特征在嚴(yán)重遮蔽的ii

5、型活動(dòng)星系核中被廣泛觀測(cè)到。近年來(lái)，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a隨波長(zhǎng)變化的規(guī)律.對(duì)尺度為a的塵埃來(lái)說(shuō)，當(dāng)星光的波長(zhǎng)跟它的尺寸相當(dāng)時(shí)，2a，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(lái)確定：

6、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(méi)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：在近紅外、可見(jiàn)光和近紫外波段，其消光基本上隨波長(zhǎng)的倒數(shù)?1線性上升；在?1=4.6?m?1（即=2175?）處有個(gè)很強(qiáng)的紫外吸收駝峰；在遠(yuǎn)紫外上至?1=10?m?1，其消光隨波數(shù)?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：大塵粒：a0.1?m（/2a），它能解釋可見(jiàn)光波段消光；極小的塵粒：a0.016?m（/2a），它能解釋遠(yuǎn)紫外（0.1?m）的消光10。就銀河系而言，波長(zhǎng)在0.125?m3.5?m范圍的星際消光曲線可以用

7、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，rvav/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

8、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(méi)有2175?駝峰.用同樣的方法，他們將窄線賽弗特1型星系ark564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(méi)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.