活動星系核中的塵埃消光性分析

1、    活動星系核中的塵埃消光性分析    葉凱摘 要：塵埃是活動星系核統(tǒng)一模型的基石，該模型認為呈現(xiàn)不同觀測特征的活動星系核在物理本質上屬于同一類天體，活動星系核外圍繞著一個光學厚塵埃環(huán)，不同類型的活動星系核只是因觀測者視線相對于活動星系核對稱軸的取向不同而已。觀測表明，活動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.本文介紹活動星系核核周塵埃的消光和紅外輻射以及塵?？赡艿幕瘜W組成和尺寸分布的研究現(xiàn)狀。關鍵詞：活動星系核；塵埃；發(fā)射；消光；硅酸鹽0引言活動星系核（active，galactic，nuclei agn）是一類中央核區(qū)活動性很

2、強的河外星系，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，它是天體物理學研究的熱門課題之一。隨著活動星系核觀測的發(fā)展，學者們試圖用統(tǒng)一模型來對其進行解釋.1993年antouncci和miller提出了統(tǒng)一模型理論2，他們認為呈現(xiàn)不同觀測特征的活動星系核在物理本質上屬于同一類天體，活動星系核外圍環(huán)繞著一個光學厚塵埃環(huán)（optically thick dust torus），不同類型的活動星系核只是因觀測者視線相對于活動星系核對稱軸的取向不同而已：i型活動星系核（type1agns）是觀測者沿著塵埃環(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型活動星系核（type，2agns）是觀測者沿著塵埃環(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）是活動星系核的一個重要組成部分，它在活動星系核的統(tǒng)一模型中起著至關重要的作用：各種活動星系核的差異主要由與塵埃環(huán)遮蔽相關的“取向”（orientation）效應決定。heisler等人對寬容許發(fā)射譜線（broad permitted，emission，lines）的光譜偏振探測首次直接指出“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

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，來自塵埃的紅外輻射占i型活動星系核總光度的10%以上，然而型活動星系核的塵埃紅外輻射超過其總光度的50%5。在一些i型活動星系核中觀測到波長范圍為2，?m到幾微米的近紅外“駝峰”（bump）.這個駝峰來自于溫度大約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，中紅外干涉觀測已經清晰地探測到活動星系核的塵埃環(huán)，并能辨析其尺度。另外，中心波長為10?m的硅酸鹽塵埃（silicate，dust）吸收特征和3.4?m脂肪族碳氫化合物（aliphatic hydrocarbon，dust）吸收特征在嚴重遮蔽的ii

5、型活動星系核中被廣泛觀測到。近年來，隨著spitzer紅外空間望遠鏡的成功運行，人們在許多i型活動星系核中探測到10?m硅酸鹽發(fā)射特征。為了更好地理解活動星系核的結構和性質，人們必須確定活動星系核塵埃環(huán)的幾何性質并了解圍繞核心的塵埃的性質。1塵埃消光消光律（extinction laws，即消光曲線extinction curves）是指消光a隨波長變化的規(guī)律.對尺度為a的塵埃來說，當星光的波長跟它的尺寸相當時，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“配對法”來確定：

6、兩個光譜型相同的天體，其中一顆紅化效應顯著而另一顆沒有紅化，將它們的能譜進行比較從而較準確地確定消光。如圖1所示，銀河系的消光律可粗略地分成三段：在近紅外、可見光和近紫外波段，其消光基本上隨波長的倒數(shù)?1線性上升；在?1=4.6?m?1（即=2175?）處有個很強的紫外吸收駝峰；在遠紫外上至?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），它能解釋可見光波段消光；極小的塵粒：a0.016?m（/2a），它能解釋遠紫外（0.1?m）的消光10。就銀河系而言，波長在0.125?m3.5?m范圍的星際消光曲線可以用

7、只含一個自由參量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。對于銀河系彌散星際介質，rv的典型值為3.1，即銀河系的平均消光。光學/紫外的消光曲線和rv隨著環(huán)境的變化而變化：介質越密，rv越大，遠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；介質越疏散（diffuse），rv越小，消光曲線越陡峭，其2175?駝峰較強，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、光學光譜與非紅化的賽弗特星系

8、ngc4151進行比較，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ark564的hst/stis紫外光譜及光學光譜與未被紅化的窄線賽弗特1型星系mrk493進行比較，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4000?處“翻轉”（turning-up），而標準銀河系、大麥哲倫云和小麥哲倫云消光曲線卻是長2500?處“翻轉”。2結論綜上所述，觀測表明活動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，盡管人們對于活動星系核中的塵埃了解甚少。活動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）尚存在爭議。參考文獻：1李宗偉， 肖興華. 天體物理學. 北京： 高等教育出版社， 2000.