活动星系核中的尘埃消光性分析

叶凯

摘 要：尘埃是活动星系核统一模型的基石，该模型认为呈现不同观测特征的活动星系核在物理本质上属于同一类天体，活动星系核外围绕着一个光学厚尘埃环，不同类型的活动星系核只是因观测者视线相对于活动星系核对称轴的取向不同而已。观测表明，活动星系核中尘埃的组成成分及尺寸与银河系星际尘埃有很大的差别.本文介绍活动星系核核周尘埃的消光和红外辐射以及尘埃可能的化学组成和尺寸分布的研究现状。

关键词：活动星系核；尘埃；发射；消光；硅酸盐

0引言

活动星系核（Active，Galactic，Nuclei AGN）是一类中央核区活动性很强的河外星系，它包括塞弗特星系、类星体、射电星系、低电离核发射区（LINER）、蝎虎座BL天体、光变激变星系以及窄线X射线星系等[1]，它是天体物理学研究的热门课题之一。随着活动星系核观测的发展，学者们试图用统一模型来对其进行解释.1993年Antouncci和Miller提出了统一模型理论[2]，他们认为呈现不同观测特征的活动星系核在物理本质上属于同一类天体，活动星系核外围环绕着一个光学厚尘埃环（Optically Thick Dust Torus），不同类型的活动星系核只是因观测者视线相对于活动星系核对称轴的取向不同而已：I型活动星系核（Type1AGNs）是观测者沿着尘埃环轴的方向看去，因而能看到核区、宽线区和窄线区；II型活动星系核（Type，2AGNs）是观测者沿着尘埃环方向看去，由于核区和宽线区被尘埃环挡住，因而只能看到窄线和很弱的核区辐射。

尘埃环（Dust，Torus）是活动星系核的一个重要组成部分，它在活动星系核的统一模型中起着至关重要的作用：各种活动星系核的差异主要由与尘埃环遮蔽相关的“取向”（Orientation）效应决定。Heisler等人对宽容许发射谱线（Broad Permitted，Emission，Lines）的光谱偏振探测首次直接指出“中央引擎”（Central Engine）外围绕着遮蔽尘埃环.红外观测更是直接证明了尘埃环的存在：围绕核心的尘埃吸收了活动星系核的光照并且在红外波段把所吸收的能量辐射。出来，来自尘埃的红外辐射占I型活动星系核总光度的10%以上，然而Ⅱ型活动星系核的尘埃红外辐射超过其总光度的50%[5]。在一些I型活动星系核中观测到波长范围为2，?m到几微米的近红外“驼峰”（Bump）.这个驼峰来自于温度大约1200–1500K（该温度接近于硅酸盐和石墨颗粒的升华温度）的热尘埃[6，7]。近些年来，中红外干涉观测已经清晰地探测到活动星系核的尘埃环，并能辨析其尺度。另外，中心波长为10?m的硅酸盐尘埃（Silicate，Dust）吸收特征和3.4?m脂肪族碳氢化合物（Aliphatic Hydrocarbon，Dust）吸收特征在严重遮蔽的II型活动星系核中被广泛观测到。近年来，随着Spitzer红外空间望远镜的成功运行，人们在许多I型活动星系核中探测到10?m硅酸盐发射特征。为了更好地理解活动星系核的结构和性质，人们必须确定活动星系核尘埃环的几何性质并了解围绕核心的尘埃的性质。

1尘埃消光

消光律（Extinction Laws，即消光曲线Extinction Curves）是指消光Aλ随波长λ变化的规律.对尺度为a的尘埃来说，当星光的波长跟它的尺寸相当时，λ≈2πa，此尘埃粒子散射（Scattering）和吸收（Absorption）星光最为有效。消光是散射与吸收之和.因此，消光律直接反映了尘埃的尺寸分布.星际消光曲线通常由“配对法”来确定：两个光谱型相同的天体，其中一颗红化效应显著而另一颗没有红化，将它们的能谱进行比较从而较准确地确定消光。如图1所示，银河系的消光律可粗略地分成三段：①在近红外、可见光和近紫外波段，其消光基本上随波长的倒数λ?1线性上升；②在λ?1=4.6?m?1（即λ=2175?）处有个很强的紫外吸收驼峰；③在远紫外上至λ?1=10?m?1，其消光随波数λ?1陡峭上升。从星际消光曲线可以得知，星际尘埃中一定存在两类尺寸的颗粒：①大尘粒：a≥0.1?m（λ/2π≈a），它能解释可见光波段消光；②极小的尘粒：a≤0.016?m（λ/2π≈a），它能解释远紫外（λ≈0.1?m）的消光[10]。就银河系而言，波长在0.125?m≤λ≤3.5?m范围的星际消光曲线可以用只含一个自由参量RV的解析公式近似，自由参量RV为总消光与选择消光之比，RV≡AV/E（B?V），其中AV为V波段消光，E（B?V）=AB?AV为星际红化，即B波段与V波段消光之差。对于银河系弥散星际介质，RV的典型值为3.1，即银河系的平均消光。光学/紫外的消光曲线和RV随着环境的变化而变化：介质越密，RV越大，远紫外消光曲线的斜率越小，其2175?驼峰较弱，表明在该区域尘埃尺寸较大；介质越疏散（Diffuse），RV越小，消光曲线越陡峭，其2175?驼峰较强，表明在该区域尘埃尺寸偏小。

Crenshaw等人将赛弗特1型星系核NGC3227的HST/STIS紫外光谱、光学光谱与非红化的赛弗特星系NGC4151进行比较，得到了一条红化曲线。他们发现得到的消光曲线相比于小麦哲伦云的消光曲线在紫外波段更陡峭，并且没有2175?驼峰.用同样的方法，他们将窄线赛弗特1型星系Ark564的HST/STIS紫外光谱及光学光谱与未被红化的窄线赛弗特1型星系Mrk493进行比较，发现：Ark564的消光曲线也没有2175?驼峰；在紫外波段相比于星际消光曲线更陡峭但不如小麦哲伦云消光曲线；并且在波长～4000?处“翻转”（Turning-up），而标准银河系、大麦哲伦云和小麦哲伦云消光曲线却是长～2500?处“翻转”。

2结论

综上所述，观测表明活动星系核中尘埃的组成成分及尺寸与银河系星际尘埃有很大的区别，尽管人们对于活动星系核中的尘埃了解甚少。活动星系核尘埃的消光是偏平坦（表明尘埃是大尺寸）还是类小麦哲伦云消光（表明尘埃是小尺寸）尚存在争议。

参考文献：

[1]李宗伟， 肖兴华. 天体物理学. 北京： 高等教育出版社， 2000. 401–407

[2]Antonucci R. Unified models for active galactic nuclei and quasars. Annu Rev Astron Astrophys， 1993， 31： 473–521