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Active Galactic Nuclei at the Crossroads of Astrophysics

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arXiv:astro-ph/0606143v1 7 Jun 2006ActiveGalacticNucleiattheCrossroadsof

Astrophysics

AndreiLobanovandJ.AntonZensus

Max-Planck-Institutf¨urRadioastronomie,AufdemH¨ugel69,53121Bonn,Germany

Abstract.Overthelastfivedecades,AGNstudieshaveproducedanumberofspec-

tacularexamplesofsynergiesandmultifacetedapproachesinastrophysics.Thefield

ofAGNresearchnowspanstheentirespectralrangeandcoversmorethantwelve

ordersofmagnitudeinthespatialandtemporaldomains.Thenextgenerationofas-

trophysicalfacilitieswillopenupnewpossibilitiesforAGNstudies,especiallyinthe

areasofhigh-resolutionandhigh-fidelityimagingandspectroscopyofnuclearregions

intheX-ray,optical,andradiobands.Thesestudieswilladdressindetailanumberof

criticalissuesinAGNresearchsuchasprocessesintheimmediatevicinityofsupermas-

siveblackholes,physicalconditionsofbroad-lineandnarrow-lineregions,formation

andevolutionofaccretiondisksandrelativisticoutflows,andtheconnectionbetween

nuclearactivityandgalaxyevolution.

1Nuclearactivityingalaxies

Recentyearshavewitnessedsubstantialprogressinstudiesofactivegalactic

nuclei(AGN).Activityisobservedingalaxiesthroughouttheentirerangeofthe

electromagneticspectrum[35].Itismanifestedonspatialandtemporalscales

thatspanover12ordersofmagnitude,rangingfromseveralSchwarzschildradii

tomegaparsecsandfromminutestomillionsofyears[141].Onthesurface,the

activityofgalacticnucleicomesinmanyfaces,outlinedbytheuncomfortably

largenumberoftheAGNclasses—yettheunderlyingmechanismandphysical

conditionsinthenuclearregionsofallgalaxiesareprobablymoresimilarthan

mayappearatfirstglance[4,53,178].Lastbutnotleast,AGNarenowdetected

atredshiftsof6andbeyond[40],andtheymaybecloselyconnectedtothe

formationandevolutionofthelarge-scalestructure[124]andtotheepochof

reionizationoftheUniverse[39,113,151].

Thereisgrowingacceptanceofubiquityofthenuclearactivityingalaxies

anditsconnectiontothepresenceofsupermassiveblackholes(SMBH)inthe

centresofallmassivegalaxies[3,57,74,75].Observationsintheinfrared[52]and

sub-millimetrebands[124]indicatethatalmosteverygalaxyexhibitscertain

characteristicspreviouslythoughttoberelatedonlytoamuchnarrowerclassof

powerfulAGN.Thisimpliesthatvirtuallyallmassivegalaxiesmaygothrough

astrongAGNphaseinthecourseoftheircosmologicalevolution.Historically,

observationalstudiesofAGNhavebeenconcentratedlargelywithinsixbroadly

definedareas.

1.Surveyshavebeenusedeffectively,firstintheopticalandradiodomains

andlaterthroughoutmuchoftheelectromagneticspectrum,tofindcorrelations2Lobanov&Zensus

betweendifferenttypesofAGNandtotracetheircosmologicalevolution.The

databasesprovidedbytheROSAT,IRAS,ISO,SIRTFandVLA(FIRST[7]

andNVSS[21])surveyshavebecomethetruecornerstonesofAGNresearch,

aswellastheHSTandChandradeepfieldobservations.Theseeffortswillbe

takenfurtherbytheongoingSDSSsurvey[1]andtheSpitzersurveys[41].The

Spitzerdatahavealreadyyieldedafundamentalresultontheobscurationin

AGN,indicatingthatasmuchasthreequartersofallAGNarelikelytobe

obscuredatallredshifts[176],whichimpliesthatthenumberofactivegalax-

iesmaybemuchhigherthanwasthought.AGNstudiesinthenextdecade

willalsobenefitfrommulti-wavelengthsurveyssuchasthegreatobservatories

originsdeepsurvey(GOODS[56])whichaddressesAGNstructureanddemo-

graphics[66],unificationschemeandandAGN–SMBHco-evolution[53,176].A

numberofgroundandspaceVLBIsurveysundertakenintheradiointhecen-

timetre[43,47,70,72,88,98,137,143,168–170,186]andmillimetre[109,110,149]do-

mainshaverevealedawealthofinformationaboutmorphology[76,94,193],kine-

matics[87]andevolutionofradio-emittingmaterialinthenuclearregionsand

relativisticoutflowsinAGNonscalesdowntofractionsofaparsec.VLBIsurveys

havealsobeenusedeffectivelyforaddressingavarietyofgeneralastrophysical

problemsincludingAGNevolution[161]andpopulationmodelling[97,100],jet

formation[109],fundamentalastrophysicalemissionprocesses[86,99],andcos-

mology[60].

2.MorphologicalstudiesofAGNhavebeendoneextensivelyinthera-

dio[84,136],optical[139]andX-rayregimes[118,119],recoveringlarge-scale

structuresproducedbyAGN.Circumnucleardisksandtorihavebeenrevealed

conclusivelyinrecentoptical,near-infraredandradioobservations[79,91,128,183]

(Fig.1).Mostspectacularly,recentX-rayimagesobtainedwithChandrahave

showntheshocksandripplesintheintergalacticmediumexcitedbythecentral

engineinNGC1275[38].

3.Variabilitystudiesoflong-andshort-termchangesofcontinuumandline

emissionhaveenableddetailedinvestigationsofnon-stationaryprocessesinthe

immediatevicinityoftheSMBHandunderstandingbetterthephysicsofnu-

clearregionsofAGN[174].Timescalesprobedbythesestudiesrangefromhours

toseveraldecades[2,6,141,159,165,181,194].Thevariablecontinuumfluxisbe-

lievedtoberesponsibleforionizingthecloudmaterialinthebroad-lineregion

(BLR).Opticalspectrallineandcontinuumvariabilitydatahavebeencombined

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银河探险家——安德烈娅·盖兹

银河探险家——安德烈娅·盖兹

文/若　兰银河探险家——安德烈娅·盖兹

舒展成长，醉心天文

1965年6月，盖兹出生于美国纽约。

她4岁时，“阿波罗11号”登月成功，

给这个年幼的女孩带来了深深的震撼，

盖兹宣布自己要成为第一个登上月球的

女孩。开明的父母为盖兹买了一架望远

镜，鼓励她追求自己的梦想。尽管后来

盖兹没有实现这个心愿，但她这种对自

身兴趣的珍视和自信延续了下来。

盖兹在1983年考入了麻省理工学

院。大学期间，盖兹给一位天文学家帮

忙，结果第一次到天文台就被这里的技

术氛围所吸引。当她发现从宇宙深空中

发来的X射线蕴含着天体秘密时，脑海

中浮现了一个想法——一些射线源可能

是黑洞。这个想法彻底改变了盖兹的人生轨迹，盖兹完全被黑洞迷住了，她开

始投入到对黑洞的研究中。

改进技术，打破定论

1987年，盖兹进入了加州理工学

院攻读博士学位，这里有海尔望远镜，

它是当时世界上最大的望远镜之一。在

这里，她为散斑成像技术找到了新的运

用场景，为后续确认银河系超大质量黑

洞奠定了坚实基础。

散斑会使望远镜的分辨率达不到

其理论极限，在拍摄遥远的恒星时得到

的图像十分模糊。在天文观测活动中，

天文学家们利用散斑成像技术提高分辨

率。具体做法就是通过在极短时间内曝

光拍下大量相片，选择效果最好的一些责任编校/吴飞燕

2020年的诺贝尔物理学奖颁给了

美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的天

文学家安德烈娅·盖兹（下文简称“盖

兹”）。她是第四位女性诺贝尔物理

学奖得主，同时也是诺贝尔奖历史上

的首位女天文学家。

28

（实习编辑/熊厚钧　插画绘制/Wustar）图像（大气干扰很小、接近衍射极限的

“幸运图像”）进行位移叠加取平均得

出最佳图像，再从中提取信息。这种方

法有明显的缺点，即只能对明亮的天体

使用，且效率不高。盖兹加入了一个开

发基于红外线的散斑成像技术的小组，

负责编写图像分析软件的工作，使设备

拥有尽可能高的分辨率。更高的分辨率

让盖兹在观测金牛座T型星时发现了这

一区域内的许多以双星的形式存在的年

轻恒星，对天文学家寻找系外行星产生

Radio-Variability in Radio-Quiet Quasars and Low-Luminosity AGN

Radio-Variability in Radio-Quiet Quasars and Low-Luminosity AGN

ProbingthePhysicsofActiveGalacticNucleibyMultiwavelengthMonitoringASPConferenceSeries,Vol.TBD,2000B.M.Peterson,R.S.Polidan,andR.W.Pogge

Radio-VariabilityinRadio-QuietQuasarsand

Low-LuminosityAGN

HeinoFalcke

Max-Planck-Institutf¨urRadioastronomie,AufdemH¨ugel69,

53121Bonn,Germany

(hfalcke@mpifr-bonn.mpg.de)

JosephLeh´ar

Harvard-SmithsonianCenterforAstrophysics,60GardenStreet,

Cambridge,MA02138

RichardBarvainis

NationalScienceFoundation,4201WilsonBoulevard,Arlington,

VA22230

(rbarvai@)

NeilM.Nagar1,AndrewS.Wilson2

AstronomyDepartment,UniversityofMaryland,CollegePark,

MD20742-2421

(neil,wilson@)

Abstract.Wereportontwosurveysofradio-weakAGNtolookfor

radiovariability.WefindsignificantvariabilitywithanRMSof10-20%

onatimescaleofmonthsinradio-quietandradio-intermediatequasars.

Thisexceedsthevariabilityofradiocoresinradio-loudquasars(exclud-

活动星系核(AGN)统一模型简述

活动星系核(AGN)统一模型简述

活动星系核（AGN）统一模型简述

天体物理系 PB04203071 汪洋

活动星系核是近来天体物理学中非常活跃的研究领域。因为活动星系核涉及到天体物理中的最基本的问题，他在能量产生、辐射机制和宇宙论这些基本问题中占有关键的地位。通过对活动星系核的研究，能够验证一些在实验室条件下无法产生的物理过程，验证一些重要的物理规律。

活动星系核的研究主要是源于对于特殊星系得研究。与普通星系相比，特殊星系表现出不同寻常的特殊性质：包括形态上有致密的核区；核区有很高的光度，有强射电、红外和X光辐射，且光度变化快，有较强的偏振；它们的光谱中会都有较宽的发射线，以及在通常情况下很难出现的高激发、高电离的禁线；在动力学特征上，特殊星系中在核区周围可以观察到高速的、非圆周运动的天体。

可以看到，特殊星系得特殊性主要的就集中在它的核区上。

由于观测到的特殊星系有很多不同的形态（正是因为他们不同于通常星系，无法划分类别，才将其归于特殊星系中），所以各种活动星系核之间有很大的差别。也正因为如此，对这些星系核的分类以及建立模型是非常重要的。最理想的情况是，用一个模型就能个解释所有的这些现象，这样显然就会对研究产生极大的帮助。而且统一的模型也符合物理规律的“简单，普遍”的性质。

而直到目前的研究，有一种理论能够很好的解释AGN的很多性状，这就是黑洞吸积盘的模型。这个模型也迄今为止被认为是比较完美的一个模型。这个理论的基本思想使：在这些活动星系核的中心有一个巨大的黑洞，在黑洞周围围绕着星际尘埃形成巨大的吸积盘。这正是活动星系和巨大能量的来源，高能射电、红外、X光辐射，以及光谱中的禁线等等，都可以用黑洞吸积模型所产生的极端条件来解释。另一方面，活动星系核的活动周期，光度，谱线的不同可以用吸积盘的遮蔽来解释，AGN的不同主要是由于观测上的原因。

这就是黑洞吸积盘模型的一个示意图：

一个环状的吸积盘围绕在中央黑洞的周围。 要了解活动星系核的这个模型，首先应该先直到对于活动星系和分类以及他们的特性和相互之间的不同，这样才能够对于怎样用统一模型去解释活动星系核有所理解。

幽灵中微子“味”变或影响宇宙生命元素形成

幽灵中微子“味”变或影响宇宙生命元素形成

・　ＸⅧ・　

小行星基地　

美国亚利桑那州图森市行星科学学会主管马克一赛　克斯（Ｍａｒｋ　Ｓｙｋｅｓ）称，我认为太空探索计划存在的大量　

问题根源在于缺少终端太空基地。　

他提议首先应当派遣机器人登陆小行星进行研究　

勘测，目的是如何从小行星上采集水资源。之后获得这　

些资源，研究人员再进一步研究如何在太空中将水分解　成氧气和氢气。对于航天器而言，未来的太空探索必须　

轨道燃料补充站。　

（中国科技网）　

研究人员称南极冰层下暗藏数　

十亿吨甲烷　

腾讯科技讯（过客／编译）一项最先的研究表明，可能　以古老森林遗迹为食的微生物或许正在南极洲冰层深　

处产生数十亿吨的甲烷气体。研究人员称这种温室气　体以一种名为甲烷水合物的冰冻物质存在，潜伏在冰层　

下的气体总量比得上世界海洋的存储量。　

南极洲冰雪覆盖的景观，研究人员估计冰川下潜伏　

着数十亿吨甲烷　

８月３０日研究人员在《自然》杂志发表的一篇论文　中发出警告，如果冰原倒塌的话温室气体就能够释放到　

大气当中并且显著恶化全球变暖问题。布里斯托大学　

地理科学学院的研究员杰玛一沃德姆说到：“在南极冰　原下面可能存在大量甲烷水合物。如果冰层变薄的话，　

那种水合物就会变得不稳定并且变成气体，而且那种气　体能够进入到大气当中。”　

微生物产生甲烷　

在极端环境下生存的微生物通常会把甲烷作为它　们新陈代谢的一种副产物，无氧条件下的有机碳分解就　

会产生甲烷。沃德姆告诉《生命科学》：“这是微生物在　科技信息　

氧气非常非常贫乏的条件下获得能量的一种方式。”　

研究团队怀疑大陆冰川下富含淤泥的冰冷沉积物能　

够覆盖这样的极端微生物，那是因为这些沉积物可能是　

一座古老南极森林和海洋的遗址，沉积物为这些甲烷制　

造者提供了一种富含碳的食物来源。但是钻透２英里　（３．２公里）的冰层进行调查是非常昂贵和困难的。　

沃德姆和她的同事们从一片南极冰川的边缘锯下了　大量的沉积物，而在边缘位置的冰层非常薄。他们融化　

了冰块并且确定产生甲烷的微生物存活在沉积物中。他