活动星系核中的物质喷流
作者：D. Michael Crenshaw  译：Shea

    活动星系核位于星系中央的引力势阱中，靠质量为10^6-10^9倍太阳质量的超大质量黑洞驱动。最明亮的活动星系核可以产生比周围星系还要亮的辐射，在邻近的星系中仅有1%的星系属于此类星系，它们被称为塞弗特（Seyfert）星系。遥远的、甚至更明亮的活动星系核则被称为类星体。就目前所知，在几乎所有的邻近星系中都存在着不活跃的黑洞，那么研究塞弗特星系和类星体就给天文学家提供了探查吸积物质供给这些活跃天体的机会。

    最近，天文学家发现许多活动星系核会以一定的角度喷出速度为光速10%的离子气体云，这与先前所知的垂直喷流不同。这些物质喷流是非常引人入胜的，因为它可以提供活跃的超大质量黑洞旁的动力学信息，例如辐射和风压。

    新一代的空基望远镜——钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory，Chandra）、X射线多重镜面卫星（X-ray Multi-Mirror Satellite，XMM-Newton）、远紫外分光探测器（Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer，FUSE），以及哈勃空间望远镜/空间望远镜摄谱仪（Hubble Space Telescope/Space Telescope Imaging Spectrograph，HST/STIS），使发现活动星系核的物质喷流成为可能。这些新工具使天文学家能在一个较宽的能量范围内以前所未有的灵敏度以及光谱/空间分辨率来研究这些喷流气体的光谱特性。

    活动星系核中，可能有一个吸积盘和一个炽热的X射线冕围绕着超大质量黑洞。同时，这通常也会涉及到“中央引擎”，一个只有几个光时的区域，从射电波段到X射线波段它都随时间有高速连续变化。这一连续变化源是活动星系核的重要特质。这些连续的辐射可以提供一些线索，天文学家利用其与周围区域的互相作用可以推出中央引擎的一些物理性质。现在许多研究集中到了高速（10^3-10^4km/s）气体上，它们会被源自中央引擎的极紫外线以及X射线光电离。

    塞弗特星系中电离气体的成分之一是X射线“暖吸收体”，它是先前的X射线卫星通过739-831eV的高电离氧的吸收限所发现的。暖吸收体具有高温（10^5K）和高纵向密度（每平方厘米10^21-10^23个氢原子）的特点。Chandra和XMM-Newton在暖吸收体和其他一些高电离区域中发现了吸收线，并证明它们可能与源自活动星系核的辐射的蓝移有关，预示着喷流的速度可以达到1000km/s。连续辐射的50%-100%会被暖吸收体所遮蔽，预示喷流率可能超过0.1个太阳质量——至少是吸积率的10倍。

    有一个类似的现象，在半数的塞弗特星系中存在紫外吸收线。这些吸收线来自高度电离的氧、氮和碳，并且这些喷流具有2500km/s的速度。HST/STIS和FUSE的高光谱分辨率观测表明谱线会分裂成多条子线，预示不同气体云具有不同的速度。HST/STIS拍摄最亮的塞弗特星系NGC4151的光谱显示紫外吸收体具有一个巨大的密度范围和长度范围（0.1-6000光年）。紫外吸收体和X射线吸收体之间的联系仍有争论，但是它们不可能在NGC4151的气体云中同时出现是肯定的。

    高光度类星体具有比塞弗特星系速度更高的喷流。10%的类星体具有较宽的吸收线，显示其速度高达30000km/s。大约25%的类星体具有窄吸收线，与塞弗特星系相似，但是它们的速度更高。光度和速度之间的关系表明在两种天体中，气体云由辐射加速，尤其是在高电离区域的束缚—束缚跃迁。最近的X射线、紫外和光学观测发现了在类星体宽吸收线区域中不同寻常的纵向密度（每平方厘米10^24个氢原子）。

    活动星系核的发射光谱则描绘了另一番景象。它们揭示了更多的致密离子气体云，习惯上将它们划分成宽线区（速度10^4km/s，长度0.01-0.1光年）和窄线区（速度10^3km/s，长度1-1000光年）。

    宽线区域的速度流模型仍有争论，但最近对窄线区的研究则支持喷流。这一结果得益于HST远比地基望远镜高得多的分辨率所测量到的视向速度。先前的研究认为窄线区的气体云在从星系核到几百光年这段距离内被加速，在随后的几百光年内则会减速。后一种结果是意料之外的，这可能是由于与周围的物质碰撞所导致的。在明亮的塞弗特星系NGC1068中，碰撞的证据包括强加热现象和高速扩散（~1000km/s）现象，这可能是由冲撞的激波所致。

    对活动星系核物质喷流的进一步了解需要对观测数据以及动力学模型进行比较，其中动力学模型在近几年已有了长足的发展。在流行的模型中，辐射驱动吸积盘中的物质形成物质风。盘风模型可以产生在宽吸收线类星体中所观测到的、具有相似纵向密度、速度和覆盖因子的物质流。无论这些模型是否适用于塞弗特星系的吸收和发射区，它们仍有待建立。与此相竞争的模型，例如磁力线加速模型，仍不能被排除。

    同时，有多少物质供给了中央引擎仍有待研究。紫外和X射线的观测并没有发现下落物质的证据。如果下落物质的温度比较低，就需要靠高空间和光谱分辨率的红外和射电观测来探测它们。建立下落和喷流的几何图景对于了解活动星系核的特性、起源和演化将会是重要的一步。

　

   译自 [Science 25 May 2001]

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