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星系核（星系中心质量密集的区域）

次浏览 | 更新时间：2023-05-16

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星系核

星系中心质量密集的区域

星系核，天文学名词，是指星系中心质量密集的区域，由大量的恒星、等离子体和高能粒子等组成。星系核有宁静星系核和活动星系核两种。宁静星系核中有各种光谱型的恒星，可能还存在中子星、白矮星等致密星。宁静星系核常产生幂律谱形式的射电辐射。

活动星系核具有剧烈活动现象，一般认为它的核心是一个黑洞，存在吸引力和喷流，还会发生星系核爆发。星系核爆发是宇宙中最壮观的天文现象之一。

基本信息

中文名	星系核
外文名	nucleus of galaxy
活动形式	剧烈的气体运动
简介	大多数星系都有很密集的中心部分

基本简述

星系核是大多数星系都有很密集的中心部分。以辐射压和引力相平衡等为依据，可以推知星系核的质量M约为10^8个太阳质量M⊙。星系核中包含恒星以及电离气体、磁场和高能粒子。正常星系的核，通常是“宁静”的。从宁静核中已经观测到各种谱型的恒星，也可能存在中子星等各种致密星。从一些星系核的谱线得知，核中有大质量的等离子体（占核质量的千分之一），温度约几千度，每立方厘米电子数为nε≈10^3～10^6。

宁静核常常产生射电辐射，射电谱强度分布呈幂律形式，即Iν∝ν^(-α)；对绝大多数核,α=0.7。在频率ν≈10^9赫处它的射电辐射谱强度Iν≈10^-8尔格/厘米²。观测表明，星系核90%的光度是在很窄的红外区域产生的。红外辐射极大频率ν极大=2.5×10^13赫（即λ极大=70微米）；在极大频率两侧，强度迅速下降（当ν<ν极大，Iν∝ν^35；当ν>ν极大,Iν∝ν^-35）。

对大多数星系核而言，尽管它们的性质有很大差异，但它们的红外辐射的极大频率都是相同的。核有明显活动的星系约占星系总数的1～5%。核活动最强的星系是类星体，其次是N型星系（见特殊星系）和塞佛特星系。星系核的活动期估计为10^5～10^7年。

活动形式

①剧烈的气体运动：从测量塞佛特星系的发射线可以估计，气流速度可达每秒几千公里。这种气流有时能一直延伸到核外几千秒差距处。

②巨大的非热辐射：和宁静核相类似，强非热辐射也是在红外区达到极大，红外极大频率也是ν极大≈2.5×10^13赫，但是强度比宁静时要大几个量级，辐射功率可达10^46～10^47尔格/秒；总能量甚至可达10^62尔格。

③很强的光变:光学和射电的辐射强度随时间有很大变化。例如3C273,有时在两个月内光度的变化就差一倍。同时，对不同的波长，谱强度的时变幅度也不同：波长越短，时变越强。对多数活动星系核来说，光变时标近一年，从而可推知它的大小约为10^18厘米量级（相当于1秒差距）。

④规模巨大的爆发现象：有些星系核抛出大块物质和相对论性粒子流，形成所谓物质喷射。M87就是一例。喷射物位于M87核的西北方向，其中有三个亮凝聚物和三个暗弱的凝聚物。凝聚物和核之间有发光“纤维”相连；此外，在这些喷射物相反方向也发现了一个小的喷射结构，其中有两个凝聚物。有些星系核爆发时，物质向四面八方抛射出来，著名的例子是M82和NGC1275；许多射电星系和类星体有双源结构，这也可能是某种爆发的结果。

理论模型

①紧密星团假说

认为在星系核中心，恒星密度非常高，以致发生非弹性碰撞，释放出巨大能量。但是，要使碰撞成为星系核的能源，那就要求星系中心处星团的密度高达每立方秒差距10^11颗恒星，这与观测相矛盾。

②黑洞假说

认为是引力坍缩的结果。虽然引力坍缩所释放的能量可达2×10^54M/M⊙尔格的数量级，M/M⊙是星系核对太阳的质量比，但转化机制还不清楚；更重要的是，引力坍缩在 10^-5M/M⊙秒的时间内就完成了，这与观测到的活动核的准稳态相冲突。固然，吸积可暂时缓和这个困难。但是，物质抛射将大大抑制吸积，因此困难仍未解决。

③大质量旋转磁多层球模型

即磁转子模型：定性地说，旋转引起磁场扭曲而产生中性线（见磁合并），在中性线附近发生磁场的动力学耗散，使聚积的磁能转化为粒子的动能，粒子就以相对论性速度沿着相反两个方向抛出，这就是磁转子的爆发机制。抛出的电子沿核外哑铃状磁力线回旋，发出同步加速辐射，为我们所接收。

磁转子模型在解释活动星系核的主要观测事实上虽然取得一定的成果，但是，理论要求星系核的光度应有准周期性，这与观测资料并不相符。此外，在解释活动星系核的极大红外辐射和规模巨大的爆发现象方面，磁转子模型还没有成功。

④引力弹弓和气泡模型

引力弹弓模型认为，星系核内由于恒星碰撞，形成若干大块物质。计算表明，如果形成三块以上的大块物质，则会出现引力不稳定性，将物质抛射出来。但是，这种模型不能解释星系核的对称抛射。而气泡模型是一种流体力学抛射，它假设相对论性粒子在核里形成一个“气泡”，以后分裂成两个热气体泡，它们被星系际风吹到星系外，或被周围冷气体顶出来，形成大块物质（气泡）的抛射。这种模型要求有足够的浮力，看来只有处在星系团内的活动星系核才可能实现这种抛射。

⑤等离子体湍动反应堆模型

这种模型可以阐明以下三个主要问题：反应堆中，强等离子体波可使粒子加速到极端相对论性速度；在反应堆中，可以形成相对论性粒子的幂律谱；给出了辐射谱的特征，特别是解释了星系核的极大红外辐射，并且说明了各种不同星系核具有几乎相同的红外极大频率的原因。然而，这种模型对星系核的抛射物质，还不能作出有说服力的解释。

参考书目

E.H.Avrett ed.,Frontiers of Astrophysics,p.438，Harvard Univ.Press,Cambridge,1976.

A. Ambartsumian,The Nuclei　of　Galaxies and their Activity,Interscience Publ.,London,1964.

据国外媒体报道，一份最新的天体观测研究报告显示，科学家在一个遥远的星系中发现了一个巨型星系核，是此前见过的最大星系核，其形成机制可能源于两个黑洞的合并事件。新发现的巨型星系核的跨度达到了1万光年，研究人员将其编号为A2261-BCG。

天文学家使用美国国家航空航天局的哈勃空间望远镜发现了它的存在，星系核呈现出难以想象的巨大，其所在的星系跨度是我们银河系的10倍，星系核区所发出的星光显得有些怪异，并没有出现通常在星系核区可以看到的恒星聚光现象。

对A2261-BCG天体的观测细节描述上最后一点显得有些令人吃惊，因为超大质量黑洞被认为潜伏在该星系的核心附近，当然并不是所有的星系中央都存在超大质量黑洞。根据本项研究的合著者、来自亚利桑那州图森市国家光学天文观测台天文学家托德？劳尔（Tod Lauer）介绍：“我们使用哈勃空间望远镜对该星系核区进行观测，就如同将一个最大桃子给切开来，但是我们并没有发现其中存在桃核。我们不能肯定地说该星系中央不存在黑洞，但哈勃望远镜的观测显示在该星系核区内不存在恒星集中的现象。”

A2261-BCG星系是阿贝尔2261星系团中最亮的天体之一，其具有较为明亮的特征，其宽度达到了100万光年，距离地球三十亿光年，令科学家感到奇怪的是该星系存在一个明亮的、臃肿的核区，是其他极度发光核区三倍。天文学家认为该星系中央发生了黑洞合并事件，数十亿倍太阳质量的黑洞可能使得星系核心出现“臃肿”。之所以在核区未发现大量的恒星集群释放的光线，其中一个方案认为黑洞合并事件分散了星系内恒星的位置，一个黑洞失去运转的动力来源而坠入另一个黑洞中。

另一个方案认为黑洞合并事件可创建引力波，这是一种独特的时空结构涟漪，并在一个方向上体现出最强的辐射释放，使得星系中的超大质量黑洞被“踢出”中央核区。国家光学天文观测台天文学家托德？劳尔认为黑洞有些像恒星的“锚地”，在引力作用下恒星可围绕黑洞进行轨道运动，如果我们将其移除，那么星系将突然损失大量的质量。A2261-BCG天体中的恒星似乎并没有那么集中，而且他们处于向外运动的过程中。

根据位于巴尔的摩太空望远镜科学研究所的研究人员、本项观测论文的第一作者马克？珀斯特曼（Marc Postman）认为天体“弹射”理论听起来有些匪夷所思，但观测宇宙却是非常有趣的，有时你会发现一些奇特的东西。研究小组正在寻找A2261-BCG中央黑洞的证据，如果它是存在的话就可以探测到该黑洞产生的射电波。天文学家小组正在接触位于新墨西哥州的射电望远镜阵列，希望通过该望远镜来观测。本项研究已经发表在9月10号的《天文物理》期刊上。

新华网华盛顿11月8日电（记者张忠霞）地球大气层在正常情况下会不断接触到来自宇宙的高能射线，科学家们一直在寻找这种神秘宇宙射线的来源。一个国际科研小组8日宣布，根据最新的观测成果，他们认为宇宙射线的来源很有可能是活跃星系核。

由来自10多个国家的200多名物理学家组成的观测研究小组，在定于9日出版的《科学》杂志上发表报告说，他们利用设在南美洲阿根廷的皮埃尔·奥赫尔观测台，探测到了大约80次宇宙高能射线活动。结果发现，宇宙中的射线源头并不是均匀分布的。在专家们探测到的宇宙射线中，能量最高的射线通常来自附近活跃星系核较多的太空区域。所谓活跃星系核，是指星系紧密的中心位置，这里通常都是大型黑洞所在的位置，会喷发巨大的等离子体射流到星系之间的空间。

宇宙射线在星系间四散，其中在光临地球大气层的宇宙射线中，有一些射线粒子在飞抵大气层并与之碰撞时，仍具有相当高的能量。科学家们比喻说，经过长途跋涉后抵达地球附近的有些射线粒子仍像一个个快速移动的棒球。他们猜测可能活跃星系核处的黑洞磁场就像一个宇宙射线的加速器，使射线粒子获得极高能量，以超高速飞行。过去几十年，科学家们一直试图通过各种途径确定宇宙射线的源头。此前，科学界也曾从理论上把活跃星系核作为宇宙射线的一个可能来源，上述最新观测研究成果使他们更加确信宇宙射线很可能来自活跃星系核。

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