特殊星系

特殊星系

特殊星系是大小、形狀或構造與眾不同的星系。特殊星系通常是由兩個星系之間的互動作用造成的,也許比典型的星系有更多的塵埃與氣體,或是有較低的表面亮度,也或者有其他的特徵,例如相對論性噴流。它們的形狀由于和其他的星系遭遇,在巨大的引力下而呈現出高度的不規則性。像是在哈爾頓的目錄中,特殊星系的符號是"p"或"pec"。

  • 中文名稱
    特殊星系
  • 外文名稱
    peculiar galaxy
  • 基本定義
    指形態和結構不同于哈勃分類中正常星系的河外星系

分類

特殊星系(peculiar galaxy)是指形態和結構不同于哈勃分類中正常星系的河外星系。這一類星系的特殊性質主要是因星系核的活動和主星系同伴星系之間的相互擾動造成的。特殊星系可分為類星體、塞佛特星系、N型星系射電星系馬卡良星系致密星系蠍虎座BL型天體、有多重核的星系和有環的星系等等。這些星系的命名,有的是根據歷史情況,有的是根據星系特徵,有的是根據發現者的名字而來的。已知上述各類星系之間有重疊、交錯的情況。例如,馬卡良星系中至少有10%可歸入塞佛特星系,N型星系中有很多又屬于射電星系。

特征

形態特征

在照片上,大多數特殊星系和暗一些的背景星系相比較,有一個很亮的致密核。有的特殊星系外圍有伴星系(常形成擾動形態),有的有外環,有的旋臂殘缺。在射電圖上,在一些射電星系外區,可以觀測到相距很遠的射電雙子源或射電包層。絕大多數特殊星系都有核心區爆發遺留下來的痕跡:或是從中心向兩個相反方向射出光學噴射物;或是向四面八方發散纖維狀的稀薄氣體;或是星系中心分裂;或是出現塵埃暗條。此外,有的還有不規則的電離氫區分布。

光度特征

有些特殊星系中心的致密核有很高的光度。與正常星系相比,它們有很強的射電、紅外和 X輻射;光度有快速變化,時標短的隻有幾十分、幾小時,長的以月、年計;有較強的偏振;連續譜多呈冪律譜──Sv∝ν-α,Sv為頻率ν的單色輻射流量密度,α是頻譜指數,在某一頻率間隔內為常數。

光譜特征

有亮核的特殊星系,核區光譜都有較寬的發射線和高激發、高電離的禁線。有的星系,各個部分都有的Hα發射線;有的則隻有核心才出現Hα發射線。

動力學特征

星系核周圍區域往往觀測到高速度非圓周運動的天體,有的可達每秒幾千公裏。特殊星系輻射的能量的大部分是非熱能的。

性質和結構

星系的特殊結構的起因,除星系的相互擾動、星系盤密度波的引力擾動等因素外,最主要的是星系核的激擾或爆發。根據射電、紅外、光學和 X光度變化的時標,可以估算各個波段活動區的大小。蠍虎座BL型天體的中心光學輻射區的大小約10^13釐米(相當于1個天文單位),外面可能是10^13~10^15釐米範圍的射電發射區。塞佛特星系的光學輻射區的直徑在 10^17釐米以上(相當于 1光年),紅外輻射區大概是最外面的塵埃雲,所以,星系核的活動發生在很小的空間範圍以內。

此外,星系核的活動是一個多次反復的爆發過程。最直接的證明是射電星系中心核和外圍子源的結構相似。幾種特殊星系的壽命──類星體短于10^6~10^8年,強射電星系為10^8~10^9年,塞佛特星系為 10^8年──比它們爆發產物,例如噴射物、電離氫區、膨脹物質環的持續時間,約大一個量級。由此可以推測,星系核活動期間會有數次乃至十多次爆發。這就不難估算出整個活動期間釋放的總能量:射電星系可達10^60爾格,類星體為10^62爾格,比銀河系整個生存期間釋放的總能量還要大得多。

關系

特殊星系與正常星系的關系

特殊星系按照光度構成一個能量序列,類星體最大,正常星系最小。這一事實表明,其活動現象和類星體可能有某種聯系。現在流行的看法認為,塞佛特星系或許是類星體向正常旋渦星系演化的中間階段;蠍虎座BL型天體可能是橢圓星系的早期演化階段;有展源的射電星系也許是類星射電源演化的後期。因此,類星體似乎是性質多樣的天體的集合。

一般認為,特殊星系的劇烈核心活動既可能發生在星系形成的早期,也可能出現在以後的演化過程中。星系核的爆發會加速星系的演化,還能破壞外形和結構,從而改變星系的類型。例如破壞星系的旋臂,使之變為透鏡型星系或不規則星系。因此,研究特殊星系,對探討星系的起源和演化具有重要意義。

特殊星系

射電星系

一般正常的星系都發射射電波,但我們一般將那些具有強射電發射能力的星系稱為射電星系.這類星系的射電功率比正常星系強 100 到10 萬倍,即達 1037-1047 爾格/秒.有些星系所產生的射電能量甚至超過了它們所產生的可見光能量.

射電星系的形態結構多種多樣.最主要的幾種形態結構是: 致密型、核暈結構、延展的雙瓣結構、復雜源結構及頭尾結構.這些星系的形態結構均可從名字的字面理解.射電星系中大多數可歸入橢圓星系一類,不規則星系很少,它們往往是星系團中最亮的成員星系.

首先被發現的射電星系是天鵝座A.到目前為止,已經測定了數千個其他射電星系的位置,其中最主要的有室女座射電星系M87及半人馬座A 等.

塞佛特星系

這類星系因被美國天文學家塞佛特于1943 年發現而得名.這類星系都有一個明亮的恆星狀核,核的周圍有朦朧的旋渦結構、核區是激烈活動區.塞佛特星系的光譜中有很強的發射線,這些發射線通常是在一般星系光譜中看不到的.有些塞佛特星系的可視光度以長達數月的周期發生著變化;某些塞佛特星系發射著巨大的紅外輻射;有的還是強大的X 射線源.盡管塞佛特星系的體積比一般星系要小得多,質量也小,但是它們以各種波長輻射的能量是大多數星系的100 倍.

塞佛特星系大都是漩渦星系,這類星系佔漩渦星系的1-2% .因此,許多天文學家認為,塞佛特星系實際上不是特殊星系,它們隻是漩渦星系演化所經歷的一個階段.至于何種理論正確尚難定論.

N 型星系

這種類型的星系由摩根在50 年代所發現.這類星系的主要特征是有一個恆星狀亮核以及比較致密的暗弱星雲包層.星系的輻射大部分由核提供,表明核區是強活動區.有些N 型星系的周圍可以看到旋臂.這類星系有的是射電星系,光譜同塞佛特星系相似,隻是發射線較窄,核的寬度有變化.

​馬卡良星系

這類星系是因前蘇聯天文學家馬卡良發現而得名.馬卡良星系是具有反常強紫外連續譜的特殊星系.這類星系主要有兩種類型.第一類為亮核型,即核是紫外源,這類星系佔所有馬卡良星系中的2/3,它們大多也是塞佛特星.另一類為彌漫型,紫外連續源分散在整個星系中,這類星系的較暗者多為不規則星系.發現馬卡良星系多為密近而有相互作用的雙重星系.

特殊星系中的蠍虎座BL 天體及類星體是非常重要的天體。

特殊星系按光度構成一個能量序列,類星體最大、正常星系比它們都小.這表明這些活動現象與類星體有某種聯系.而類星體似乎是性質多樣的天體集合.因此,研究特殊星系,對探討星系的起源和演化具有重要意義.

研究成果

中國科大學者探測到特殊星系的X射線輻射

中國科學技術大學天體物理中心教授王俊賢和他的同事王挺貴教授、周宏岩副教授等人使用歐洲空間局XMM-牛頓X射線衛星,在X波段探測到一類特殊的星系核--極向外流寬吸收線類星體。這一發現改變了天體物理學家對類星體外流的認識,有助于人們更清楚地理解巨型黑洞如何吞噬和拋射氣體。該研究結果發表在出版的美國《天體物理快報》上。歐洲空間局以《宇宙引擎給XMM-牛頓衛星帶來驚喜》為題報道了該項研究成果。

類星體是宇宙中最明亮的天體,甚至可以在上百億光年以外的距離上探測到。天文學家相信,類星體中心的巨型黑洞通過吞噬氣體釋放引力能提供巨量能源,被稱之為宇宙引擎。有趣的是,類星體不僅吞噬氣體,還通過特定的方式拋射氣體。類星體拋射出的氣體對星系本身產生顯著影響,可能阻止恆星的形成,因此備受天體物理學家關註。

相當多的天體物理學家相信,幾乎所有的類星體都在沿著特定的方向拋射氣體,光線穿越被拋射的氣體時產生寬的吸收線。中國科學技術大學天體物理中心的研究人員兩年前發現了一類稀有的寬吸收線類星體,它們在特殊的方向上拋射氣體。

使用歐空局XMM-牛頓衛星對這類特殊的類星體進行空間觀測,王俊賢等人獲得了最新的觀測資料。通過觀測,他們意外發現,這類特殊類星體所拋射的氣體對X射線幾乎是透明的,而常規的拋射氣體會吸收大部分的X射線輻射,這使得它們尤其與眾不同。這表明類星體可能以比預想更復雜的方式拋射氣體。這個結果可以幫助改進電腦數值模擬,從而更好地揭示類星體吞噬和拋射氣體,和通過拋射氣體影響寄主星系的復雜物理過程。

據悉,該工作是在中國國家自然科學基金和中國科學院"百人計畫"項目的資助下完成的。 (胡勝友《科學時報》2008年4月11日)

照片

美公開59張星系相撞照片

美國宇航局(NASA)公開了59張宇宙中相互撞擊的星系的精彩圖片,慶祝哈勃太空望遠鏡的18歲生日。其中很多星系過去曾被希爾頓·阿普首次收錄到他的《特殊星系星圖集》一書中,這本書記載了當時通過地面望遠鏡觀看到的一些奇形怪狀的星系。

天文學家利用哈勃太空望遠鏡上的靈敏照相機和工具,發現這些星系的奇特形狀是在星群間巨大的引力作用下產生的。由于引力將星系向一塊拉,標準的銀河螺旋形狀和橢圓形被扭曲成奇怪的形狀。

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原名: Cosmic Collisions: The Hubble Atlas of Merging Galaxies作者: Lars Lindberg Christensen

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圖書分類: 教育/科技

資源格式: PDF

出版社: Springer

書號: 9780387938530

發行時間: 2009年09月09日

地區: 美國

語言: 英文

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