Aktīvais galaktikas kodols (AGN): definīcija, īpašības un strūklas

Uzzini viss par Aktīvo galaktikas kodolu (AGN): definīciju, īpašības, relativistiskās strūklas un to lomu Visumā — padziļināts un saprotams pārskats.

Aktīvais galaktikas kodols (AGN) ir kompakts reģions galaktikas centrā. Šis centrālais reģions izstaro milzīgu spožumu visā elektromagnētiskajā spektrā. Tiek uzskatīts, ka AGN starojumu rada galaktikas centrā esošā supermasīvā melnā cauruma gravitācijas pievilkšanas rezultātā ievilktā masa. Supermasīvā melnā cauruma masa parasti svārstās aptuveni no 10^6 līdz 10^10 Saules masām, un enerģija, kas atbrīvojas, rodas galvenokārt no materijas sakarišanas (akrecijas) uz melno caurumu.

Šo elektromagnētisko starojumu novēro radio, mikroviļņu, infrasarkano, optisko, ultravioleto, rentgena un gamma staru viļņu joslās. Atkarībā no akrecijas ātruma, redzamā spožuma un novērošanas leņķa AGN var izrādīties ļoti atšķirīgi — no ļoti spožiem kvazāriem līdz vāja signāla, zema akrecijas režīma objektiem.

Būtiskās struktūras un starojuma mehānismi

Tipiskā AGN iekšējā struktūra ietver:

• Akrecijas disku — karstu, plānu disku materiāla, kas krītas uz melno caurumu; tas rada termisko starojumu, kas bieži maksimumu sasniedz UV/optiskajā diapazonā.
• Koronu — karsta elektroniskais reģions virs diska, kas izstaro rentgena starojumu, bieži caur inverse Compton procesu.
• Broad Line Region (BLR) — tuvas, ātri kustīgas gāzes mākoņu zonas, kas rada platas emisijas līnijas optiskajā un ultravioleta spektrā.
• Narrow Line Region (NLR) — tālāk esošas, lēnāk kustīgas gāzes zonas ar šaurākām emisijas līnijām.
• Piesegmērs / torus — putekļu un gāzes struktūra, kas var noslāpēt vai apslāpēt dažus starojuma komponentus atkarībā no novērojuma skatpunkta.
• Relatīvisma strūklas — ja AGN izveido magnētiskos laukus, tie var izstumt daļu plazmas pa ass, veidojot ātri kustīgas (reliativistiskas) strūklas, kas rada intensīvu radio un sinhrona starojumu.

Emisijas procesi

• Termālā emisija no akrecijas diska — galvenokārt UV/optiskajā joslā.
• Sinhronā emisija — augstenerģētisku elektronu kustība magnētiskajos laukos; dominē radio un daļēji optiskajā diapazonā (īpaši strūklās).
• Inverse Compton process — sinhronālajā vai akrecijas fotonos elektroni piešķir enerģiju fotoniem, radot rentgena un gamma starus.

AGN klasifikācija

AGN iedala vairākās grupās, pamatojoties uz spektrālām īpašībām, spožumu un radio emisiju intensitāti. Tipiski veidi:

• Seyfert tipa galaktikas — parasti zemas līdz vidējas spožuma AGN galaktiku centros; sadalās Seyfert 1 (platas un šauras līnijas) un Seyfert 2 (galvenokārt šauras līnijas).
• Kvazāri (quasars) — ļoti spoži AGN, redzami lielos attālumos; tie var pārspēt visu mātesgalaktiku spožumu.
• Radiogalaktikas — AGN ar spēcīgu radioemisiju un bieži redzamām lielām strūklām un lobiem.
• Blazari — AGN, kuru strūklas ir gandrīz tieši vērstas pret novērotāju; raksturo spēcīga variabilitāte un plati, polāriski sinhroni spektros.
• FR I / FR II klasifikācija radiogalaktikām atkarībā no strūklu un lobu morfoloģijas un radio spožuma sadalījuma.

Novērošanas īpašības un variabilitāte

AGN parasti ir ļoti variabli — tie maina spožumu gan īsos (dienas, stundas), gan garos (gadi) laika skalās. Īsāka variabilitāte norāda uz kompaktu izcelsmi (jo gaismai ir ierobežots izplatīšanās laiks), tāpēc variabilitāte palīdz noteikt emisijas reģiona lielumu. Arī emisijas līniju profils un polarizācija sniedz informāciju par plūsmām, temperatūru un magnētisko lauku struktūru.

Vienotā (unification) modeļa ideja

Vienotais modelis cenšas izskaidrot daudzveidību AGN ar galveno faktoru — novērojuma leņķi un apkārtējā materiāla aptumšošanu. Piemēram, Seyfert 1 un Seyfert 2 var būt tas pats objekts, bet novērots no dažādiem leņķiem, kur putekļu torus slēpj vai atklāj BLR.

Strūklas: īpašības un ietekme

Tā sauktās relatīvisma strūklas ir ārkārtīgi spēcīgas plazmas strūklas, kas rodas dažās AGN, īpaši radiogalaktikās un kvazāros. To garums var sasniegt vairākus tūkstošus vai pat simtiem tūkstošu gaismas gadu. Strūklas pārvadā milzīgu enerģiju, veido karstus punktus (hotspots) un radiolobus, un tās bieži veido sinhronās emisijas spektru ar polarizāciju. Strūklas var arī izraisīt šoku vilni apkārtējā intergalaktiskajā vidē.

AGN loma galaktiku evolūcijā un kosmoloģijā

AGN nav tikai "gaismas avoti" — tie būtiski ietekmē mātesgalaktiku evolūciju. Caur AGN feedback (radiatīvu un kinetisku) AGN var izplūdināt vai sakarstīt gāzi, kavējot zvaigžņu veidošanos (quenching), vai, retāk, ierosināt zvaigžņu veidošanos. AGN arī kalpo kā kosmiski bāku torņi: spēcīgie kvazāri ļāva atklāt un izpētīt tālus Visuma reģionus un strukturālās evolūcijas posmus.

Novērošana un masas noteikšana

AGN pēta ar daudzām observatorijām un viļņu joslām. Tipiskas metodes melnā cauruma masas noteikšanai ietver:

• Reverberācijas kartēšana — izmanto emisijas līniju laika aizkavi attiecībā pret kontīniju, lai noteiktu BLR izmēru un izvadītu masu.
• Spektrālās līnijas un to platums — Doplera platums norāda uz gāzes ātrumu un, kombinējot ar BLR izmēru, ļauj aprēķināt masu.
• Dinamikas mērījumi vietējās galaktikās (piemēram, zvaigžņu un gāzu orbītu analīze).

Piemēri un komentāri

Daži labi zināmi AGN piemēri ir M87 (liela radiogalaktika ar redzamu strūklu), 3C 273 (viens no pirmajiem atklātajiem kvazāriem) un Centaurus A (aktīvs radiogalaktikas centrs). Mūsu galaktikas centrs, Sgr A*, ir pazīstams kā zema luminositātes AGN — supermasīvs melnais caurums ar salīdzinoši zemu akrecijas ātrumu.

Secinājums

Aktīvā galaktikas kodola pētīšana sniedz ieskatu gan melno caurumu akrecijas fizikā, gan lielākā mēroga kosmiskajos procesos, piemēram, galaktiku attīstībā un intergalaktiskās vides apstrādei. Savienojot datus no radio līdz gamma staru joslām, zinātnieki turpina attīstīt modeļus, kas skaidro AGN dažādību un to nozīmi Visuma evolūcijā.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir aktīvais galaktikas kodols?

J: Kādās viļņu joslās novēro elektromagnētisko starojumu no AGN?

J: Kā sauc galaktiku, kurā atrodas AGN?

J: Kam var izmantot AGN?

J: Kāpēc visās teorijās par kosmosu ir jāņem vērā AGN?

J: Kas ir relatīvisma sprauslas?

J: Kādu garumu var sasniegt relatīvisma strūklas dažās AGN?

Meklēt pēc burta