Сейфертовская галактика - Seyfert galaxy

Циркуль Galaxy , галактика типа II сейфертовская

Сейфертовские галактики - одна из двух самых больших групп активных галактик , наряду с квазарами . У них есть квазароподобные ядра (очень светящиеся, далекие и яркие источники электромагнитного излучения) с очень высокой поверхностной яркостью , спектры которых показывают сильные линии излучения с высокой ионизацией , но, в отличие от квазаров, их родительские галактики отчетливо обнаруживаются.

Сейфертовские галактики составляют около 10% всех галактик и являются одними из наиболее интенсивно изучаемых объектов в астрономии , так как считается, что они связаны с теми же явлениями, которые происходят в квазарах, хотя они ближе и менее ярки, чем квазары. В центрах этих галактик есть сверхмассивные черные дыры , окруженные аккреционными дисками падающего материала. Считается, что аккреционные диски являются источником наблюдаемого ультрафиолетового излучения. Линии ультрафиолетового излучения и поглощения обеспечивают лучшую диагностику состава окружающего материала.

В видимом свете большинство сейфертовских галактик выглядят как нормальные спиральные галактики , но при изучении с другими длинами волн становится ясно, что светимость их ядер сопоставима со светимостью целых галактик размером с Млечный Путь .

Сейфертовские галактики названы в честь Карла Зейферта , который впервые описал этот класс в 1943 году.

Открытие

NGC 1068 ( Мессье 77 ), одна из первых классифицированных сейфертовских галактик

Сейфертовские галактики были впервые обнаружены в 1908 году Эдвард А. Фатх и Слайфер , которые с помощью Lick Observatory посмотреть на спектры из астрономических объектов , которые , как считалось, что « спиральные туманности ». Они заметили, что NGC 1068 имеет шесть ярких эмиссионных линий , что считалось необычным, поскольку большинство наблюдаемых объектов показывали спектр поглощения, соответствующий звездам .

В 1926 году Эдвин Хаббл изучил эмиссионные линии NGC 1068 и двух других подобных «туманностей» и классифицировал их как внегалактические объекты . В 1943 году Карл Кинан Сейферт открыл больше галактик, подобных NGC 1068, и сообщил, что эти галактики имеют очень яркие звездоподобные ядра, которые производят широкие линии излучения. В 1944 году Лебедь А был обнаружен на частоте 160 МГц, и обнаружение подтвердилось в 1948 году, когда было установлено, что это дискретный источник. Его двойная радиоструктура стала очевидной с использованием интерферометрии . В следующие несколько лет были обнаружены другие радиоисточники, такие как остатки сверхновых . К концу 1950-х годов были обнаружены более важные характеристики сейфертовских галактик, включая тот факт, что их ядра чрезвычайно компактны (<100 пк, т.е. «неразрешены»), имеют большую массу (≈10 9 ± 1 массы Солнца) и продолжительность пиковых ядерных выбросов относительно коротка (> 10 8 лет).

NGC 5793 - это сейфертовская галактика, расположенная на расстоянии более 150 миллионов световых лет от нас в созвездии Весов.

В 1960-х и 1970-х годах были проведены исследования, чтобы лучше понять свойства сейфертовских галактик. Было проведено несколько прямых измерений реальных размеров сейфертовских ядер, и было установлено, что эмиссионные линии в NGC 1068 образовывались в области диаметром более тысячи световых лет. Существовали разногласия по поводу того, имеет ли красное смещение Сейферта космологическое происхождение. Подтверждающие оценки расстояния до сейфертовских галактик и их возраста были ограничены, поскольку их ядра меняются по яркости в течение нескольких лет; поэтому аргументы, касающиеся расстояния до таких галактик и постоянной скорости света, не всегда могут быть использованы для определения их возраста. В тот же период были предприняты исследования по обзору, идентификации и каталогизации галактик, включая Сейферты. Начиная с 1967 года Бенджамин Маркарян опубликовал списки, содержащие несколько сотен галактик, отличающихся очень сильным ультрафиолетовым излучением, при этом измерения положения некоторых из них были улучшены в 1973 году другими исследователями. В то время считалось, что 1% спиральных галактик - это Сейферты. К 1977 году было обнаружено, что очень немногие сейфертовские галактики являются эллиптическими, большинство из них являются спиральными или спиральными галактиками с перемычкой. В то же время были предприняты усилия по сбору спектрофотометрических данных по сейфертовским галактикам. Стало очевидно, что не все спектры сейфертовских галактик выглядят одинаково, поэтому они были разделены на подклассы в соответствии с характеристиками их спектров излучения . Было разработано простое разделение на типы I и II, причем классы зависят от относительной ширины их эмиссионных линий . Позже было замечено, что некоторые ядра Сейферта проявляют промежуточные свойства, в результате чего их в дальнейшем подклассифицируют на типы 1.2, 1.5, 1.8 и 1.9 (см. Классификацию ). В ранних обзорах сейфертовских галактик учитывались только самые яркие представители этой группы. Более поздние обзоры, в которых подсчитываются галактики с низкой светимостью и затененными ядрами Сейферта, показывают, что явление Сейферта на самом деле довольно распространено и встречается в 16% ± 5% галактик; действительно, несколько десятков галактик, демонстрирующих явление Сейферта, существуют в непосредственной близости (≈27 Мпк) от нашей собственной галактики. Сейфертовские галактики составляют значительную часть галактик, представленных в каталоге Маркаряна - списке галактик, в ядрах которых наблюдается избыток ультрафиолетового излучения.

Характеристики

Оптические и ультрафиолетовые изображения черной дыры в центре NGC 4151, галактики Сейферта

Активные ядра галактик (AGN) представляют собой компактная область в центре галактики , который имеет более высокое , чем обычно светимость над частями электромагнитного спектра . Галактика, имеющая активное ядро, называется активной галактикой. Активные ядра галактик являются наиболее яркими источниками электромагнитного излучения во Вселенной, и их эволюция накладывает ограничения на космологические модели. В зависимости от типа их светимость варьируется во времени от нескольких часов до нескольких лет. Два крупнейших подкласса активных галактик - это квазары и сейфертовские галактики, основное различие между ними заключается в количестве излучаемого ими излучения. В типичной сейфертовской галактике ядерный источник излучает на видимых длинах волн количество излучения, сравнимое с излучением составляющих всю галактику звезд, в то время как в квазаре ядерный источник ярче, чем составляющие звезды, по крайней мере, в 100 раз. галактики имеют чрезвычайно яркие ядра со светимостью от 10 8 до 10 11 яркостей Солнца. Только около 5% из них являются радио-яркими; их излучение умеренное в гамма-лучах и яркое в рентгеновских лучах. Их видимые и инфракрасные спектры показывают очень яркие эмиссионные линии из водорода , гелия , азота и кислорода . Эти эмиссионные линии демонстрируют сильное доплеровское уширение , которое подразумевает скорости от 500 до 4000 км / с (от 310 до 2490 миль / с), и, как полагают, возникают около аккреционного диска, окружающего центральную черную дыру.

Светимость Эддингтона

Основная статья: светимость Эддингтона
Активная галактика Маркарян 1018 имеет в своей основе сверхмассивную черную дыру .

Нижний предел массы центральной черной дыры может быть рассчитан с использованием светимости Эддингтона . Этот предел возникает из-за того, что свет проявляет радиационное давление. Предположим, что черная дыра окружена диском светящегося газа. И сила притяжения, действующая на электронно-ионные пары в диске, и сила отталкивания, создаваемая радиационным давлением, подчиняются закону обратных квадратов. Если гравитационная сила, оказываемая черной дырой, меньше силы отталкивания из-за радиационного давления, диск будет сдуваться радиационным давлением.

На изображении представлена ​​модель активного ядра галактики. Центральная черная дыра окружена аккреционным диском, который окружен тором. Показаны широкая область линии и область узкой линии излучения, а также струи, выходящие из ядра.

Выбросы

Эмиссионные линии, наблюдаемые в спектре сейфертовской галактики, могут исходить от поверхности самого аккреционного диска или могут исходить от облаков газа, освещаемых центральным двигателем в ионизационном конусе. Точную геометрию излучающей области трудно определить из-за плохого разрешения галактического центра. Однако каждая часть аккреционного диска имеет разную скорость относительно луча зрения, и чем быстрее газ вращается вокруг черной дыры, тем шире будет линия излучения. Точно так же освещенный дисковый ветер также имеет скорость, зависящую от положения.

Считается, что узкие линии берут начало во внешней части активного ядра галактики, где скорости ниже, а широкие линии берут начало ближе к черной дыре. Это подтверждается тем фактом, что узкие линии не изменяются заметно, что означает, что излучающая область велика, в отличие от широких линий, которые могут изменяться в относительно коротких временных масштабах. Картирование реверберации - это метод, который использует эту изменчивость, чтобы попытаться определить местоположение и морфологию излучающей области. Этот метод измеряет структуру и кинематику излучающей области широкой линии, наблюдая изменения в излучаемых линиях как реакцию на изменения в континууме. Использование отображения реверберации требует предположения, что континуум происходит из единственного центрального источника. Для 35 AGN отображение реверберации использовалось для расчета массы центральных черных дыр и размера областей широких линий.

Считается, что в нескольких наблюдаемых радиогромких сейфертовских галактиках радиоизлучение представляет собой синхротронное излучение джета. Инфракрасное излучение происходит из-за того, что излучение в других диапазонах перерабатывается пылью около ядра. Считается, что фотоны с самой высокой энергией создаются обратным комптоновским рассеянием высокотемпературной короной вблизи черной дыры.

Классификация

NGC 1097 - пример сейфертовской галактики. Сверхмассивная черная дыра с массой 100 миллионов солнечных масс находится в центре галактики. Область вокруг черной дыры испускает большое количество радиации от вещества, попадающего в черную дыру.

Сейферты сначала были классифицированы как Тип I или II, в зависимости от эмиссионных линий, показанных их спектрами. Спектры сейфертовских галактик I типа показывают широкие линии, включающие как разрешенные линии, такие как H I, He I или He II, так и более узкие запрещенные линии, такие как O III. На них также видны более узкие разрешенные линии, но даже эти узкие линии намного шире, чем линии нормальных галактик. Однако в спектрах сейфертовских галактик II типа видны только узкие линии, как разрешенные, так и запрещенные. Запрещенные линии - это спектральные линии, которые возникают из-за переходов электронов, которые обычно не допускаются правилами отбора квантовой механики , но которые все же имеют небольшую вероятность спонтанного возникновения. Термин «запрещенный» немного вводит в заблуждение, поскольку вызывающие их переходы электронов не запрещены, но крайне маловероятны.

NGC 6300 - галактика типа II в южном созвездии Ара .

В некоторых случаях в спектрах видны как широкие, так и узкие разрешенные линии, поэтому они классифицируются как промежуточный тип между типом I и типом II, например, тип 1.5 Сейферта. Спектры некоторых из этих галактик изменились с типа 1.5 на тип II за несколько лет. Однако характерная широкая эмиссионная линия Hα редко, если вообще когда-либо, пропадала. Происхождение различий между сейфертовскими галактиками типа I и типа II пока не известно. Есть несколько случаев, когда галактики были идентифицированы как Тип II только потому, что было очень трудно обнаружить широкие компоненты спектральных линий. Некоторые считают, что все сейферты типа II на самом деле относятся к типу I, где широкие компоненты линий невозможно обнаружить из-за угла, под которым мы находимся по отношению к галактике. В частности, в сейфертовских галактиках типа I мы наблюдаем центральный компактный источник более или менее напрямую, поэтому производим замеры высокоскоростных облаков в области излучения широкой линии, движущихся вокруг сверхмассивной черной дыры, которая, как считается, находится в центре галактики. Напротив, в сейфертовских галактиках типа II активные ядра не видны, и видны только более холодные внешние области, расположенные дальше от области излучения широкой линии облаков. Эта теория известна как «схема объединения» сейфертовских галактик. Однако пока не ясно, может ли эта гипотеза объяснить все наблюдаемые различия между двумя типами.

Сейфертовские галактики I типа

NGC 6814 - сейфертовская галактика с очень переменным источником рентгеновского излучения.

Сейферты типа I - очень яркие источники ультрафиолетового света и рентгеновских лучей в дополнение к видимому свету, исходящему от их ядер. В их спектрах есть два набора эмиссионных линий: узкие линии с шириной (измеренной в единицах скорости) в несколько сотен км / с и широкие линии с шириной до 10 4 км / с. Широкие линии берут начало над аккреционным диском сверхмассивной черной дыры, которая, как считается, питает галактику, в то время как узкие линии проходят за пределами области широких линий аккреционного диска. Оба выброса вызваны сильно ионизированным газом. Излучение широкой линии возникает в области шириной 0,1–1 парсек. Область излучения широкой линии, R BLR , можно оценить по временной задержке, соответствующей времени, необходимому свету для прохождения от источника непрерывного спектра до газа, излучающего линию.

Сейфертовские галактики II типа

NGC 3081 известна как сейфертовская галактика II типа, характеризующаяся ослепительным ядром.

Сейфертовские галактики II типа имеют характерное яркое ядро, а также кажутся яркими при наблюдении в инфракрасном диапазоне. Их спектры содержат узкие линии, связанные с запрещенными переходами, и более широкие линии, связанные с разрешенными сильными дипольными или интеркомбинационными переходами. NGC 3147 считается лучшим кандидатом на звание настоящей сейфертовской галактики II типа. В некоторых сейфертовских галактиках типа II анализ с помощью метода, называемого спектрополяриметрией (спектроскопия поляризованного светового компонента), выявил затемненные области типа I. В случае NGC 1068 был измерен ядерный свет, отраженный от пылевого облака, что заставило ученых поверить в присутствие затемняющего пылевого тора вокруг яркого континуума и ядра с широкой линией излучения. Когда галактика рассматривается сбоку, ядро ​​косвенно наблюдается через отражение от газа и пыли выше и ниже тора. Это отражение вызывает поляризацию .

Сейфертовские галактики типа 1.2, 1.5, 1.8 и 1.9

NGC 1275 , Сейфертовская галактика типа 1.5

В 1981 году Дональд Остерброк ввел обозначения Типа 1.5, 1.8 и 1.9, где подклассы основаны на оптическом виде спектра, причем численно более крупные подклассы имеют более слабые компоненты широкой линии по сравнению с узкими линиями. Например, Тип 1.9 показывает только широкий компонент в линии Hα , но не в линиях Бальмера более высокого порядка . В типе 1.8 очень слабые широкие линии могут быть обнаружены в линиях Hβ, а также в Hα, даже если они очень слабые по сравнению с Hα. В Типе 1.5 сила линий Hα и Hβ сопоставима.

Другие сейфертовские галактики

Мессье 94 , галактика с ядром ЛАЙНЕРА, подобным Сейферту.

В дополнение к сейфертовской прогрессии от типа I к типу II (включая тип 1.2 к типу 1.9), существуют и другие типы галактик, которые очень похожи на сейфертовские или которые можно рассматривать как их подклассы. Очень похожи на Сейферты низкоионизирующие радиогалактики с узкими линиями излучения (LINER), открытые в 1980 году. Эти галактики имеют сильные линии излучения слабоионизованных или нейтральных атомов, в то время как линии излучения сильно ионизированных атомов относительно слабы для сравнения. ЛАЙНЕРЫ имеют много общих черт с Сейфертами низкой светимости. Фактически, если смотреть в видимом свете, глобальные характеристики родительских галактик неотличимы. Кроме того, они оба показывают широкую область излучения линий, но область излучения линий в ЛАЙНЕРАХ имеет более низкую плотность, чем в Сейфертах. Примером такой галактики является M104 в созвездии Девы, также известное как Галактика Сомбреро . Галактика, которая является одновременно LINER и Сейфертовским типом I, - это NGC 7213, галактика, которая относительно близка по сравнению с другими AGN. Еще один очень интересный подкласс - это галактики типа I с узкими линиями (NLSy1), которые в последние годы стали предметом обширных исследований. Они имеют гораздо более узкие линии, чем широкие линии классических галактик I типа, крутые жесткие и мягкие рентгеновские спектры и сильное излучение Fe [II]. Их свойства предполагают, что галактики NLSy1 являются молодыми AGN с высокими темпами аккреции, что указывает на относительно небольшую, но растущую массу центральной черной дыры. Существуют теории, предполагающие, что NLSy1 - это галактики на ранней стадии эволюции, и были предложены связи между ними и сверхъестественными инфракрасными галактиками или галактиками типа II.

Эволюция

Большинство активных галактик очень далеки и демонстрируют большие доплеровские смещения . Это говорит о том, что активные галактики возникли в ранней Вселенной и из-за космического расширения удаляются от Млечного Пути с очень высокой скоростью. Квазары - самые далекие активные галактики, некоторые из них наблюдаются на расстоянии 12 миллиардов световых лет от нас. Сейфертовские галактики гораздо ближе квазаров. Поскольку свет имеет конечную скорость, смотреть на большие расстояния во Вселенной эквивалентно оглядыванию назад во времени. Следовательно, наблюдение активных ядер галактик на больших расстояниях и их нехватка в соседней Вселенной предполагает, что они были гораздо более распространены в ранней Вселенной, подразумевая, что активные галактические ядра могли быть ранними стадиями галактической эволюции . Это приводит к вопросу о том, каковы будут местные (современные) аналоги AGN, обнаруженные на больших красных смещениях. Было высказано предположение, что NLSy1s могут быть аналогами квазаров с малым красным смещением, обнаруженных на больших красных смещениях (z> 4). У них много схожих свойств, например: высокая металличность или схожая структура эмиссионных линий (сильное Fe [II], слабое O [III]). Некоторые наблюдения предполагают, что излучение АЯГ из ядра несферически симметрично и что ядро ​​часто демонстрирует осевую симметрию, при этом излучение выходит в конической области. На основе этих наблюдений были разработаны модели для объяснения различных классов AGN, обусловленных их разной ориентацией по отношению к наблюдательному лучу зрения. Такие модели называются унифицированными моделями. Единые модели объясняют разницу между галактиками Типа I и Типа II как результат того, что галактики Типа II окружены затемняющими торами, которые не позволяют телескопам видеть область широкой линии. Квазары и блазары легко вписываются в эту модель. Основная проблема такой схемы объединения состоит в том, чтобы объяснить, почему одни АЯГ громкие радиосвязи, а другие - тихие. Было высказано предположение, что эти различия могут быть связаны с различиями во вращении центральной черной дыры.

Примеры

Вот несколько примеров сейфертовских галактик:

  • Циркулярная галактика , из центра которой выброшены газовые кольца.
  • Центавр A или NGC 5128 , по-видимому, самая яркая сейфертовская галактика, видимая с Земли; гигантская эллиптическая галактика, также классифицируемая как радиогалактика, известная своим релятивистским джетом, протяженностью более миллиона световых лет.
  • Лебедь A , первая идентифицированная радиогалактика и самый яркий радиоисточник в небе, наблюдаемый на частотах выше 1 ГГц
  • Мессье 51a (NGC 5194), галактика Водоворот, одна из самых известных галактик на небе
  • Мессье 66 (NGC 3627), часть триплета Льва
  • Мессье 77 (NGC 1068), одна из первых классифицированных сейфертовских галактик.
  • Мессье 81 (NGC 3031), вторая по яркости сейфертовская галактика в небе после Центавра A
  • Мессье 88 (NGC 4501), член большого скопления в Деве и одна из самых ярких сейфертовских галактик на небе.
  • Мессье 106 (NGC 4258), одна из самых известных сейфертовских галактик, имеет мегамазер водяного пара в ядре, видимый по линии орто-H 2 O на частоте 22 ГГц.
  • NGC 262 , пример галактики с протяженным газовым гало HI
  • NGC 1097 имеет четыре узкие оптические струи, выходящие из ядра.
  • NGC 1275 , чья центральная черная дыра дает самую низкую ноту си-бемоль, когда-либо зарегистрированную
  • NGC 1365 , известная своей центральной черной дырой, вращающейся почти со скоростью света
  • NGC 1566 , одна из первых классифицированных сейфертовских галактик
  • NGC 1672 , имеет ядро, охваченное интенсивными вспышками звездообразования.
  • NGC 1808 , также галактика со вспышкой звездообразования
  • Из центра NGC 3079 выходит гигантский пузырь горячего газа.
  • NGC 3185 , член группы Hickson 44
  • NGC 3259 , также сильный источник рентгеновских лучей
  • NGC 3783 , также сильный источник рентгеновских лучей
  • NGC 3982 , также галактика со вспышкой звездообразования
  • В центре NGC 4151 находятся две сверхмассивные черные дыры.
  • NGC 4395 , пример галактики с низкой поверхностной яркостью с черной дырой промежуточной массы в центре.
  • NGC 4725 , одна из самых близких и ярких сейфертовских галактик к Земле; имеет очень длинное спиралевидное облако газа, окружающее его центр, видимое в инфракрасном диапазоне.
  • NGC 4945 , галактика, относительно близкая к Центавру A.
  • В NGC 5033 ядро Сейферта смещено относительно кинематического центра.
  • NGC 5548 , пример линзовидной галактики Сейферта
  • NGC 6240 , также классифицируется как ультраяркая инфракрасная галактика (ULIRG)
  • NGC 6251 , ярчайшая рентгеновская радиогалактика с низким возбуждением в каталоге 3CRR
  • NGC 6264 , Сейферт II с ассоциированным AGN.
  • NGC 7479 , спиральная галактика с рукавами, открывающимися в направлении, противоположном оптическим рукавам.
  • NGC 7742 , спиральная галактика без перемычки; также известная как Галактика жареных яиц
  • IC 2560 , спиральная галактика с ядром, похожим на NGC 1097

  • Сейфертовская галактика Мессье 51

  • Сейфертовская галактика Мессье 88

  • Сейфертовская галактика Центавр A

Смотрите также

Примечания

использованная литература

внешние ссылки