全球射电望远镜使天文学家能够(看清)遥远的类星体和射电星系核的图像,发现我们的银河系里形成恒星和行星系统的致密区域。

有剧烈活动核的天体

高角分辨率的甚长基线射电干涉仪,可以观测到分布在银河系里和银河系外远达十亿光年范围内的致密射电源。以前发现了一些有异常活动核的河外天体,在那里发生爆炸,同时抛出大量的物质。活动核的爆发能量相当于在1054年蟹状星云超新星首次爆发能量的1000倍!射电星系和类星体属于这类惊人的河外天体,但也可能他们属于同一类星系,其核处在不同的演化阶段或不同的活动阶段。

从射电源的活动核抛射出总质量达到1000个太阳质量的电离云和相对论性粒子云。然而还有惊人的:物质有时以接近光的速度被抛射出来,对此,必需消耗巨大的能量,而与此能量相当的物质质量得大大地超过被抛出的物质质量,这种质量大约为抛出物质静止质量的十倍。

在活动核里为了在大约几星期,有时几天的极短时间内加速抛出物质到接近光速,那作用着的宇宙加速器,其效率应该是特别的高。这里,假定了核内超大质量旋转体的动能是由宇宙加速器供给的。

由核抛射出相对论性粒子同时发生的爆发,实际上,从伽马线开始到射电波段为止的整个电磁波谱里都可以观测到,射电爆发的持续时间从几分钟到几个月。在某些核活动期,爆发经常发生,辐射源的射电辐射流增大着。像塞佛特星系3C84,射电辐射流从五十年代开始增强,一直持续到现在。

射电爆发起初在短波(高频)部分特别明亮,然后转移到更长一些的波长上(低频),同时它们的射电辐射强度减弱。射电爆发的这种特点,可以这样解释,在相对论性粒子抛出的时刻,有着巨大的能量,同时处在强磁场中,所以其辐射主要是在高频。以后,相对论性粒子云扩散,体积增大,这也就是说,粒子落入磁场的控制下,由于粒子的发光,他们的能量降低,认而转移到更低频的辐射。

还观测到爆发的射电辐射的另一个特点:当相对论性粒子云占的体积小时密度却很高;发出射电辐射的粒子位在云的中心。随着粒子云的扩散,粒子云密度降低、也足以观测到它们的辐射。这种射电辐射流增大作用的加强是因为爆发区角径加大,辐射源变大,它的辐射流也就增强。

在有活动核的天体里,发现有的相对论性粒子云的辐射强度特别高,如若绝对黑体的温度(亮度温度)加热到1012 K(绝对温标)时,才能有这样高的辐射强度。(已知射电源极大的亮度温度估计在108 K,或者102电子伏特,1电子伏特相当于104K)。在这样高的温度里,相对论性粒子就不在射电波段,而是在光学波段,甚至在X线波段里辐射,同时急剧地损失能量。

在一些天体里,伸展着亮的条状结构,证实在同一个方向上,在连续抛射相对论性粒子云。如果相对论性粒子沿着由磁极区域出发的磁力线运动,抛射物的方向可以保持不变。可能这个方向与核的自转轴方向一致。核的质量是巨大的,它的自转轴可在相当长的时间里保持其原先的位置。

苏联科学院宇宙研究所的射电天文学家、克里米亚天体物理台的天文工作者和外国科学家一起,在1.35厘米和18厘米波长上进行观测,对一些有活动核的天体:英仙座的塞佛特星系3C84(NGC1275)和武仙座的类星体3C345作了详细研究。在18厘米波长上的观测,全世界干涉网的研究所都参加了,在1.35厘米波长上观测的有苏联的克里米亚、西德的艾非斯别尔克(Зффельсберг),瑞典的奥萨拉(Онсала)和美国的格林别克(Гринбенк)、奥文斯凡利(Овенс Велли)、海依斯吉克(Хайcмек)的射电望远镜。在1.35厘米波长上观测的角分辨率高于0″.0001,而在波长18厘米上观测时大约为0″.0002。

星系核的双重结构

塞佛特星系NGC1275距离我们大约2亿光年。按照一种概念,它是两个互相碰撞的星系,按照另一种说法,它是爆发着的星系。

用分米波和米波波段观测到NGC1275的核周围弥漫着发出射电辐射的晕。星系中心部分的复杂结构,决定了核的激烈活动性。在分米波和厘米波上观测到了极为致密的双重结构,但是预料在1.35厘米波上的研究会获得更惊人的发现。NGC1275的核原来是双重的;每个核又有精细结构群分布在它们的南部和北部。两个核之间的距离是0″.0012或0.7秒差距左右。正是用极短的厘米波段(1.35厘米)的高角分辨率进行测量,得以发现塞佛特星系NGC1275的双重核。

在2.8厘米波上,处在核东边的地方,很明显,增加的亮度不大,可能核的东部包围着电离云,它的电子浓度很大,以至于核抛射出的相对论性粒子的射电辐射被它吸收。电离介质的透明度随波长的减小而很快增大,所以我们在1.35厘米波上已经观测到相对论性电子的辐射。围绕核西部的粒子云密度较小,在厘米波上,相对论性电子的辐射穿透它并不困难,也只是在18厘米波上,电离物质直接与核的西部连接,开始吸收它的辐射。就这样,使用全球干涉网不仅看到星系核抛射出的相对论性电子,也看到了围绕着它们的等离子体。

对塞佛特星系NGC1275系统地观测,发现发出射电辐射的某些精细结构的亮度在变化着,而它们的相对位置保持不变。在核附近,各个精细结构也按大尺度结构排列方向那样排列着。在观测的基础上建立了NGC1275为旋涡结构磁场围绕着双重核的这样一种模型。

我们现在从侧面观测这个双重系统。在核爆发时,核东部和西部抛射出来的相对论性电子沿着磁力钱运动。在磁力线向着我们的那些区域,电子就比较多,我们也就看到亮区,就是亮的射电辐射源。在别的方向上,电子数大为减少,那在这里观测到的就仅是增强不多的射电辐射。随着电子沿着磁力线运动,质点能量降低,磁场强度减小,辐射便朝着更低的频率转移。旋涡磁场的横截面随着离核距离的增大而增大,造成射电源面积的增大。

从核抛射出相对论性电子外,还抛射出吸收相对论性电子辐射的电离物质。核的东部等离子体密度足以吸收甚至在3厘米上的辐射。围绕核西部的等离子体比较稀薄,只能吸收分米波波段的辐射。

NGC1275的西核和东核之间相距0.7秒差距,它们的大小小于0.3秒差距,这双重核带着发出射电辐射的等离子体一道旋转着,两个旋转核的相对速度大约600公里/秒,双重核彼此由引力维系着。他们的旋转周期大约104年,质量约为108太阳质量。因为核不大,却有巨大的质量和极强的磁场,他们应该是旋转着的超大质量体,是个黑洞。

在NGC1275星系里,大尺度结构和精细结构的排列上的差别可能是核自转轴的进动引起的。然而,不能排除旋涡状磁场与核不是刚性联系,大质量大速度的抛射物不能严格地像刚体样自转,引起了方位的变化,从而观测到星系里大尺度结构和精细结构的排列上的一些差别。

核抛射体

在某些类星体的核里,发生着不寻常的活动过程,其间,伴随着抛射出相对论性粒子云,观测到的这种云的速度超过光速。类星体3C273和塞佛特星系3C120属于这样的天体。这是有着复杂结构的可变射电辐射源。

怎样才能解释相对论性粒子云的超光速运动速度呢?如果粒子云以接近于光的速度迎着观测者而来,那么观测者发现射电源的视位移增大,这种效应是电磁辐射的有限传播速度引起的。

在粒子云以接近于光速运动时,被观测到的粒子云的位移速度可以超过光的速度。在很多情况下,粒子云的位移速度达到光速的10 ~ 20倍。

从数百个有着活动核的天体抛射相对论性粒子云,可是为什么只在极少数的情况下观测到超光速呢?原来是以接近光速运动的辐射源,它的辐射将在很窄的锥面上沿着运动方向传播。由于射电源辐射很高的方向性,看到这样辐射源的可能性很小。

全球的射电干涉网仔细观测了类星体3C345形成一长条物质的过程。起先,直接在核近旁出现致密相对论性粒子云,角大小不超过0″.0001或3光年(到类星体的距离是70亿光年),粒子云离开核以后,粒子云条改变自己的运动方向,直到离核几百万弧秒,粒子云停住。最初形成的条状延伸物的辐射主要在短的分米波上。条状物的长度达0″.005,厚不超过0″.0002。可能那样的薄条由带电粒子流(电子)像导体里的电流那样自身集聚,同时在自己的周围激发磁场,压缩带电粒子成薄条状结构。

在离核0″.02的距离上,存在着第二个条状物,它的面积为0″.018×0″.008,它的辐射主要在分米波段的长波部分,这个抛射物是上述核活动阶段保存下来的。甚为特别的是这个抛射物的运动方向和方位与迟些时候出现的抛射物的方向和方位不同。

观测到的有核活动的天体分属于不同类型的辐射源,可它们核的性质大致一样。可以指出的仅是核活动性在大尺度上的差别,看来这是与核活动的不同时期或不同的演化阶段有关。实际上,属于活动剧烈的天体之一:塞佛特星系3C120,近年来活动性大为降低。详细研究了著名的类星体3C273,发现它是星系。在长时间曝光的照片上这个类星体的四周,可以看出有微弱的光晕。

微波激射源

银河系内,看上去什么也不值得注意的气体尘埃星云,利用甚距射电干涉仪进行研究,有了不少有意义的发现。在气体尘埃星云里,发现了微波激射源发射着特别明亮的羟基和水汽的窄谱线。这些辐射源集聚在一起,活动区的大小大约1000天文单位。观测到每个气体尘埃星云有十个这样的活动区。微波激射源与恒星和行星系统的形成过程同时发生的。

近年来,猎户座大星云发生了水汽谱线上的微波激射源爆发。射电天文学家利用西密斯 - 波希纳(Симеиз-Пущино)射电干涉仪详细研究了这次爆发。爆发的辐射集中在很窄的27千赫附近的频带上,几个致密核也发出这种辐射。从获得的资料证实,在半径为1000天文单位,横截面只有0.2天文单位的细环上,辐射发生振荡。可能,像任何微波激射辐射一样,在水汽谱线上的射电辐射是相干的,并且具有极高的方向性。在这种情况下,爆发区的特别高的亮度温度——1017 K就变得容易理解。

超远距离的干涉技术成功地发展起来了,对超远距干涉仪的地球上的规模,不是极限,在不远的将来,全球射电望远镜将变为宇宙射电望远镜。

[Зелля Й Вселеммая,1983年1月]

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1秒差距=3.262光年=3.086×1018厘米。——译者注