第313章 活动星系（2/2）

辐射主要集中在紫外和光学波段，x射线和红外辐射也较显着。

光度比类星体低 \\(10 \\sim 1000\\) 倍，但仍远高于普通星系核。

（3）宿主星系

大多数赛弗特星系是旋涡星系（sasc型），少数为椭圆星系或相互作用星系。

典型例子：ngc 4151（近邻赛弗特星系）、ngc 1068（m77，最亮的赛弗特星系之一）。

2. 分类（1型 vs. 2型）

赛弗特星系根据光谱特征分为两类：

类型 1型赛弗特 2型赛弗特

发射线 同时存在宽+窄发射线 仅有窄发射线

x射线 较强，通常有软x射线成分 被吸收，硬x射线占主导

可见吸积盘？ 是（宽线区未被遮挡） 否（视线被尘埃环遮挡）

典型例子 ngc 4151 ngc 1068

统一模型解释

1型和2型的差异并非本质不同，而是由于观测角度导致：

1型：视线直接看到黑洞吸积盘和宽线区（blr）。

2型：视线被尘埃环（torus）遮挡，只能看到窄线区（nlr）的辐射。

该模型得到x射线观测支持（2型赛弗特在硬x射线波段仍可探测到隐藏的agn）。

3. 物理机制

（1）吸积盘与辐射

中心黑洞（\\(10^6 \\sim 10^8 m_\\odot\\)）吸积气体，形成高温吸积盘（紫外\/光学连续谱来源）。

高能光子（x射线）来自黑洞附近的日冕（可能由磁重联产生）。

（2）宽线区（blr）与窄线区（nlr）

blr（宽线区）：靠近黑洞（＜ 1 pc），气体高速运动（\\(1000 \\sim \\) km\/s）。

nlr（窄线区）：距离较远（10 1000 pc），受星系引力束缚，速度较低（\\(100 \\sim 500\\) km\/s）。

（3）外流与反馈

部分赛弗特星系观测到高速外流（如[o iii] 5007? 蓝移），可能影响宿主星系恒星形成。

4. 着名赛弗特星系

（1）ngc 1068（m77）

最亮的赛弗特星系之一（2型），距离约4700万光年。

红外和x射线观测揭示其隐藏的agn核心（符合统一模型）。

alma观测显示分子气体外流，可能抑制恒星形成。

（2）ngc 4151

1型赛弗特，距离约6200万光年。

具有宽发射线（ha、hβ）和强x射线辐射。

长期监测显示光度快速变化（数天至数月尺度）。

（3）circinus gxy

最近的赛弗特星系之一（2型，1300万光年）。

具有强烈的星暴+agn混合活动，是研究反馈效应的理想目标。

5. 研究意义

agn统一模型验证：赛弗特1型与2型的差异支持“视角决定观测特征”的理论。

黑洞星系共演化：研究低光度agn如何影响宿主星系（如外流抑制恒星形成）。

x射线天文学：赛弗特星系是研究吸积物理和黑洞日冕的重要样本。

赛弗特星系是类星体的“小兄弟”，虽然光度较低，但因其距离近、易于观测，成为研究活动星系核的关键对象。未来jwst、xrism等望远镜将进一步揭示其精细结构和物理过程。

四、耀变体（zar）——宇宙中最剧烈的爆发天体

耀变体是一类极端明亮的活动星系核（agn），其核心的超大质量黑洞产生接近光速的相对论性喷流，且喷流方向几乎正对地球，导致观测到极强的辐射和剧烈光变。耀变体是宇宙中最高能的天体之一，在从射电到伽马射线的全波段均有辐射。

1. 基本特征

（1）超高光度与剧烈光变

亮度变化快：数小时至数天内可发生数倍光变（伽马射线耀发甚至几分钟内变化）。

全波段辐射：从射电（\\(10^8\\) hz）到伽马射线（\\(＞10^{20}\\) hz）均可探测。

非热辐射主导：辐射主要来自喷流中相对论性电子的同步辐射和逆康普顿散射。

（2）喷流指向地球

耀变体的喷流与观测者视线几乎重合（\\(＜10^\\circ\\)），导致：

相对论性聚束效应：喷流辐射被放大，亮度增强 \\(10^3 \\sim 10^4\\) 倍。

超光速运动（视超光速）：喷流物质看似以数倍光速运动（实际是相对论效应）。

（3）光谱特征

连续谱主导：缺少或仅有微弱发射线（喷流辐射掩盖了宽线区）。

双峰谱能量分布（sed）：

低能峰（射电～x射线）：同步辐射（电子在磁场中偏转）。

高能峰（x射线～tev伽马射线）：逆康普顿散射（电子与低能光子碰撞）。

2. 分类（blc vs. fsrq）

耀变体根据光学光谱可分为两类：

类型 blc 天体 平谱射电类星体（fsrq）

发射线 极弱或无（“特征less”） 中等强度（类似类星体）

喷流成分 电子主导 电子+正负电子\/质子

辐射机制 同步辐射+逆康普顿（低能光子少） 逆康普顿（外部光子场强）

典型红移 (z ＜ 0.5) (z ＞ 0.5)（可达 (z \\sim 3)）

例子 mrk 421、mrk 501 3c 273（弱耀变体）、pks

blc天体：光谱几乎无特征，喷流辐射完全掩盖宿主星系。

fsrq：光谱显示类星体特征，可能来自更丰富的吸积盘物质供应。

3. 物理机制

（1）喷流形成

黑洞自转（ndfordznajek机制）：旋转黑洞的磁场提取能量，加速喷流。

吸积盘风：吸积盘外流物质可能参与喷流加速。

（2）辐射过程

同步辐射：相对论性电子在磁场中偏转，产生射电～x射线辐射。

逆康普顿散射：高能电子与低能光子（吸积盘\/宽线区\/宇宙微波背景）碰撞，产生x射线～tev伽马射线。

（3）光变机制

激波传播：喷流内激波加速电子导致短时耀发。

喷流弯曲或湍流：几何变化导致亮度波动。

4. 着名耀变体

（1）mrk 421（blc型）

首个被确认的tev伽马射线耀变体（1992年）。

光变剧烈，是研究高能辐射机制的经典目标。

（2）3c 279（fsrq型）

红移 \\(z=0.536\\)，伽马射线耀发时光度超过 \\(10^{50}\\) erg\/s。

2015年观测到迄今最强伽马射线爆发（费米卫星探测）。

（3）pks （blc型）

南天最亮的tev源之一，光变时标可短至数分钟。

5. 研究意义

极端物理实验室：研究相对论性喷流、粒子加速、黑洞磁流体力学。

宇宙高能背景：耀变体贡献了大部分河外伽马射线背景。

中微子起源：部分耀变体（如txs 0506+056）可能与高能中微子事件相关。

6. 未解之谜

喷流如何准直并加速至接近光速？

tev伽马射线的精确辐射位置？（喷流基部？激波区？）

耀变体与射电星系、类星体的演化关系？

未来cta（切伦科夫望远镜阵列）、jwst和下一代x射线望远镜将进一步揭示耀变体的奥秘。耀变体不仅是宇宙中最狂暴的天体，也是检验相对论和极端物理的天然实验室。

活动星系核（agn）完全分类指南：

活动星系核（agn）是宇宙中最剧烈的持续能量释放现象之一，由超大质量黑洞（smbh）吸积物质驱动。根据观测特征、辐射机制和形态特征，agn可分为以下几大类型：

1. 标准分类（基于光学光谱和光度）

类型 特征 典型例子 光度(erg\/s)

赛弗特星系 窄\/宽发射线，低光度 ngc 1068, ngc 4151 10?1-10??

类星体 宽发射线，高光度 3c 273, s j1342 ＞10??

liner 弱低电离发射线 m81, ngc 1097 ＜10?1

2. 喷流相关分类

类型 喷流方向 关键特征 代表天体

耀变体 正对地球 极端亮度，剧烈光变 mrk 421, 3c 279

射电星系 侧向地球 巨型射电瓣 天鹅座a, m87

射电噪类星体 中等角度 强射电+光学辐射 3c 273

3. 特殊变种类

类型 物理机制 观测特征 实例

变脸agn 吸积率突变 类型i\/ii转换 ngc 2617

低电离光变agn 间歇性吸积 快速光变 sdss j1100

双agn系统 星系并合 双核结构 ngc 6240

4.统一模型视角

a[中心引擎] --＞ b[吸积盘]

a --＞ c[宽线区]

a --＞ d[窄线区]

b --＞ e[喷流]

e --＞ f[耀变体（＜10°）]

e --＞ g[射电类星体（10-45°）]

e --＞ h[射电星系（＞45°）]

d --＞ i[赛弗特ii型]

c --＞ j[赛弗特i型\/类星体]

好了，就到这