Radiogalaxie

Eine Radiogalaxie ist eine Galaxie, in der der größte Teil der emittierten Energie nicht aus den Komponenten einer "normalen" Galaxie ( Sterne , Staub , interstellares Gas usw.) stammt. Es ist eine der sechs Hauptkategorien aktiver Galaxien .

Die Energie von Radiogalaxien wird hauptsächlich durch Synchrotronstrahlung in Radiowellen emittiert , kann aber je nach Art der Radiogalaxie auch durch ein breites elektromagnetisches Spektrum diffundiert werden . Das theoretische Standardmodell geht davon aus, dass Energie von einem supermassiven Schwarzen Loch mit 10 6 bis 10 10 Sonnenmassen erzeugt wird .

Radiogalaxien wurden oder werden zur Erkennung entfernter Galaxien oder als Standardlineal verwendet .

Ausstellungsprozess

Synchrotronstrahlung

Die von aktiven Galaxien emittierten Radiowellen sind auf Synchrotronstrahlung zurückzuführen, die sehr ausgeprägte, breite und intensive Emissionslinien sowie eine starke Polarisation erzeugt . Dies impliziert, dass Plasma die Emissionsquelle dieser Radiowellen ist und Elektronen mit einer relativistischen Geschwindigkeit enthalten muss, die von der Akkretionsscheibe und dem intensiven Magnetfeld stammen würde , das dem eines supermassiven Schwarzen Lochs ähnelt.

Unter der Annahme der Neutralität des Plasmas muss es auch entweder Protonen oder Positronen enthalten . Es gibt keine Möglichkeit, den Gehalt eines Partikels direkt anhand von Beobachtungen der Synchrotronstrahlung zu bestimmen. Darüber hinaus gibt es keine Möglichkeit, die Energiedichte der Partikel sowie das Magnetfeld aus denselben Beobachtungen zu bestimmen . So kann beispielsweise die gleiche Synchrotronemission das Ergebnis einer kleinen Elektronenmenge und eines starken Feldes, eines schwachen Feldes mit einer großen Elektronenmenge oder etwas dazwischen sein.

Obwohl es möglich ist, die minimale Energiedichte zu bestimmen, die eine Region mit einem bestimmten Emissionsvermögen haben kann , gibt es keinen besonderen Grund zu der Annahme, dass die wahren Energiewerte nahe den Werten der minimalen Energie liegen können.

Synchrotronstrahlung ist nicht auf die Wellenlängen von Radiowellen beschränkt. Tatsächlich führt die Emission von Licht dazu, dass die Elektronen während des Synchrotronstrahlungsprozesses Energie verlieren, sie verlangsamen sich, was die Frequenz des emittierten Lichts verringert. Da Elektronen in allen Frequenzen ( Infrarot , Ultraviolett oder sogar in Röntgenstrahlen) emittieren, weist ihre Strahlung aufgrund ihrer Verlangsamung keinen Emissionspeak auf. An dem einen oder anderen Tag enden diese Elektronen alle bei niedrigen Frequenzen, aber die Elektronenopazität Kümmert sich um die Umverteilung der Energie, die letztendlich den umgebenden Elektronen Energie gibt. Diese sogenannten energetischen Elektronen emittieren hochfrequentes (Radio-) Licht. Dies hat den Effekt, dass der zentrale Teil des Spektrums zum Nachteil der niedrigen Frequenzen "aufgeladen" wird.

Die Jets und die Hot Spots sind die üblichen Quellen für hochfrequente Synchrotronemissionen.

Inverse Compton-Streuung

Ein der Synchrotronstrahlung ähnlicher Prozess ist der der umgekehrten Compton-Streuung , bei der relativistische Elektronen mit Umgebungsphotonen interagieren und diese durch Thomson-Streuung streuen. Die inverse Compton-Emission von Radio-Rauschquellen erweist sich bei Röntgenstrahlen als besonders wichtig. Da sie nur von der Dichte der Elektronen abhängt, ermöglicht eine Detektion der inversen Compton-Streuung die Abschätzung eines etwas abhängigen Modells der Energie Dichte in Partikeln und in Magnetfeldern. Dies wurde verwendet, um zu argumentieren, dass viele leistungsstarke Quellen tatsächlich ziemlich nahe am minimalen Energiebedarf liegen.

Im Allgemeinen werden Polarisation und kontinuierliches Spektrum beobachtet , um Synchrotronstrahlung von anderen Emissionsprozessen zu unterscheiden. Es ist jedoch schwierig, Synchrotronstrahlung von umgekehrter Compton-Streuung unter Verwendung von Beobachtungen zu unterscheiden.

Teilchenbeschleunigung

Prozesse, die allgemein als Teilchenbeschleunigung bekannt sind, erzeugen relativistische, nicht thermische Teilchenpopulationen, die die Synchrotron- und Umkehr-Compton-Strahlung erhöhen. Die Beschleunigung Fermi ist eine plausible Beschleunigung bei der Übertragung von Galaxien mit aktivem Funkrauschen .

Struktur und Evolution

Grundstruktur

Radiogalaxien und radioaktive Quasare weisen eine Vielzahl von Radiostrukturen auf. Die gebräuchlichsten großräumigen Strukturen, die Ausmaße in der Größenordnung von Mega- Parsec (Mpc) erreichen können und sich sehr weit vom sichtbaren Teil der Galaxie entfernt befinden, werden als "Funkkeulen" bezeichnet: Sie sind doppelt, oft symmetrisch und haben eine grobe ellipsoide Struktur auf einer der beiden Seiten des aktiven Kerns angeordnet. Diese symmetrische Struktur entsteht durch den Ausstoß von Materie aus dem Kern, aber die Elektronen, aus denen diese Lappen bestehen, können nicht aus dem Kern stammen, da ihnen lange Zeit die Energie entzogen worden wäre. Dies erklärt, warum die Elektronen im Inneren ständig beschleunigt werden müssen Regionen. Eine signifikante Minderheit von Lichtquellen weist Strukturen auf, die allgemein als "Federn" bekannt sind und viel länger sind.

Einige Radiogalaxien zeigen eine oder zwei schmale Linien, die als "Jets" bekannt sind (das bekannteste Beispiel ist die im Virgo-Cluster liegende Riesengalaxie M87 ), die direkt vom Kern in Richtung der Funkkeulen kommen (die Richtung des Strahls kann bestimmt werden). entweder dank des Drehimpulses der Achse der Scheibe oder dank der Drehachse des Schwarzen Lochs). Seit 1970 ist das am meisten akzeptierte Modell, dass Funkkeulen oder -federn von Strahlen hochenergetischer Teilchen und einem Magnetfeld angetrieben werden , das sich dem aktiven Kern nähert. Jets werden als sichtbare Manifestation von Strahlen beschrieben, daher wird der Begriff Jet sowohl für beobachtbare Merkmale als auch für zugrunde liegende Strömungen verwendet.

Spezifische Struktur

1974 wurden Radioquellen von Bernard Fanaroff (en) und Julia Riley (en) in zwei Klassen eingeteilt . Ursprünglich basiert diese Unterscheidung auf der Morphologie großer Radiosendungen (der Typ wurde durch den Abstand zwischen den hellsten Punkten der Radiosendung bestimmt):   

Fanaroff und Riley stellen fest, dass die Helligkeit zwischen diesen beiden Klassen ziemlich stark variiert: FRIs haben eine geringe Helligkeit, während FRIIs eine hohe Helligkeit haben.

Bei detaillierteren Funkbeobachtungen spiegelt die Morphologie die Methode des Energietransports von Funkquellen wider . Typische FRI-Objekte haben helle Jets in der Mitte, während FRIIs schwache Jets und helle Hot Spots an den Enden ihrer Lappen haben. FRIIs sind in der Lage, Energie effizient an die Enden ihrer Lappen zu transportieren, während FRI-Strahlen in dem Sinne ineffizient sind, dass sie auf Reisen einen erheblichen Teil ihrer Energie verbrauchen.

Insbesondere hängt die FRI / FRII-Teilung von der Umgebung der Wirtsgalaxie ab, so dass Übergänge zwischen FRI und FRII in massereicheren Galaxien mit größerer Leuchtkraft auftreten. Es ist bekannt, dass IRF-Jets in Bereichen abbremsen, in denen ihre Radiosendung am hellsten ist. Der Übergang von FRI zu FRII würde widerspiegeln, dass sich ein Strahl oder Strahl durch eine Wirtsgalaxie ausbreiten kann, ohne durch Wechselwirkungen mit dem intergalaktischen Medium auf eine subrelativistische Geschwindigkeit verlangsamt zu werden. Nach der Analyse der Auswirkungen des relativistischen Strahls ist bekannt, dass die Strahlen der FRII-Quellen von außen bis zum Ende der Funkkeulen relativiert bleiben (mit einer Geschwindigkeit von mindestens 0,5 c ). Die Hotspots, die normalerweise in FRII-Quellen zu sehen sind, werden als sichtbare Manifestationen von Stoßwellen interpretiert, die entstehen, wenn schnelle und daher Überschallstrahlen (deren Schallgeschwindigkeit nicht überschritten werden kann ) ihren Kurs am Ende der Quelle abrupt beenden und ihre Die spektralen Energieverteilungen sind in diesem Bild konsistent. In den meisten Fällen sind mehrere heiße Stellen sichtbar, die entweder durch kontinuierlichen Fluss nach dem Schock oder durch Bewegung des Strahlabschlusspunkts reflektiert werden. Die globale Hot-Spot-Region wird manchmal als Hot-Spot-Komplex bezeichnet.

Ausbildung und Entwicklung

Nach aktuellen Modellen sind Radiogalaxien zunächst klein und nehmen mit der Zeit an Größe zu. Bei Personen mit Funkkeulen ist die Dynamik relativ einfach: Die Strahlen speisen die Funkkeulen, deren Druck steigt und damit die Funkkeulen an Größe. Die Wachstumsrate hängt dann von der Dichte und dem Druck des externen Mediums ab.

Größere Radiogalaxien wie 3C 346 weisen Funkkeulen oder Federn auf, die sich über eine Entfernung in der Größenordnung von Mpc erstrecken. Dies würde eine Periode des "Wachstums" von zehn bis einhundert Millionen Jahren bedeuten .

Typen

Wir können 4 Arten von Radiogalaxien unter Verwendung der Klassifikation von Fanaroff und Riley etablieren  :

Verschiedene Arten von radioaktiven und radioaktiven aktiven Galaxien können nach einem einzigen Modell angefahren werden. Da Blazare , Radiogalaxien und radioaktive Quasare alle eine starke Funkemission erzeugen, die die Existenz von Jets erfordert, können wir diese drei Arten von Objekten auf ein einheitliches Modell reduzieren.

Nach diesem Modell (gegenüberliegend dargestellt) ist das Zentrum dieses Objekts von einem supermassiven Schwarzen Loch besetzt , das von einer Akkretionsscheibe umgeben ist, in die Materie mit einer Akkretionsrate eindringt, die größer als die kritische Rate ist, wodurch auf jeder Seite Jets gebildet werden . Die Scheibe ist von einem riesigen Ring aus interstellarer Materie umgeben . Der Unterschied zwischen Blazaren, Quasaren und Radiogalaxien würde durch die Ausrichtung der Jets und des Rings relativ zur Erde erklärt . Der Fall, in dem wir einen Blazar beobachteten, würde der Situation entsprechen, in der einer der Jets direkt auf die Erde gerichtet ist. Die Akkretionsscheibe des zentralen Schwarzen Lochs wird dann vom Strahl vollständig verdeckt. Die Beobachtung eines Quasars würde mit der Situation übereinstimmen, in der der Strahl nicht ganz auf die Erde ausgerichtet ist. Wir sehen dann direkt die Akkretionsscheibe des zentralen Schwarzen Lochs, was die große Leuchtkraft der Quasare erklärt. Schließlich würde der Fall einer Radiogalaxie der Situation entsprechen, in der der undurchsichtige Ring die Akkretionsscheibe des zentralen Schwarzen Lochs vollständig verbirgt und die Strahlen dann fast senkrecht zur Sichtlinie ausgerichtet sind . Es gibt auch riesige Funkkeulen auf beiden Seiten des Rings.

benutzen

Erkennen Sie entfernte Galaxien

Radiogalaxien und radioaktive Quasare wurden insbesondere in den 1980er und 1990er Jahren häufig verwendet, um entfernte Galaxien zu finden. Mit dem Teleskop konnten somit Objekte mit hoher Rotverschiebung zu geringen Beobachtungszeitkosten gefunden werden. Das Problem bei dieser Methode ist, dass Wirte in aktiven Galaxien nicht unbedingt rotverschoben sind. In ähnlicher Weise wurden in der Vergangenheit Radiogalaxien verwendet, um entfernte Gruppen von Röntgenstrahlern zu finden, aber derzeit werden objektive Auswahlmethoden empfohlen.

Radioquellen werden fast alle von elliptischen Galaxien gehostet , obwohl es eine gut dokumentierte Ausnahme gibt, dass sie von Galaxien wie Seyfert-Galaxien mit schwachen kleinen Jets gehostet werden könnten, und dies trotz der Tatsache, dass sie nicht radioaktiv genug sind, um als klassifiziert zu werden eine radio-laute Galaxie. Solche Informationen legen nahe, dass die Wirtsgalaxien von radioaktiven Quasaren und Blazaren ebenfalls elliptische Galaxien sind.

Es gibt mehrere mögliche Gründe für die starke Präferenz für elliptische Galaxien. Einer dieser Gründe ist, dass diese supermassereiche Schwarze Löcher enthalten , die die hellsten aktiven Galaxien mit Strom versorgen können. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass der Lebensraum elliptischer Galaxien im Allgemeinen eine reichhaltigere Umgebung ist und ein intergalaktisches Medium bietet , das der Eindämmung ihrer Radioquelle vorzuziehen ist. Es könnte auch die Tatsache sein, dass die großen Mengen an kaltem Gas in Spiralgalaxien die Bildung eines Jets irgendwie stören oder ersticken können, was sie zu schlechten Wirtsgalaxien macht.

Standardregeln

Es wurden einige Arbeiten durchgeführt, um zu versuchen, Radiogalaxien als "  Standardregel  " zur Bestimmung kosmologischer Parameter zu verwenden . Diese Methode ist voller Schwierigkeiten, da die Größe der Radiogalaxien von ihrem Alter und ihrer Umgebung abhängt. Astronomische Messwerte, die auf der Radiogalaxiemethode basieren, sind effizienter, wenn es um Radioquellen geht, die gute Informationen liefern können.

Liste der Radiogalaxien

Bezeichnung Andere Bezeichnungen Sternbild oder Galaxienhaufen
Herkules A. 3C 348 Sternbild Herkules
M87 NGC 4486 oder Virgo Eine Funkgalaxie Cluster der Jungfrau
Cygnus A. 3C 405 Sternbild Cygnus
3C 75 Abell 400 Galaxienhaufen
3C 244.1  (en) Ursa Major B. Sternbild Ursa Major
3C 288  (en) Sternbild Jagdhunde
3C 66B  (en) Sternbild Andromeda

Anmerkungen und Referenzen

Anmerkungen (fr) Dieser Artikel ist teilweise oder vollständig aus dem Wikipedia - Artikel in genommen englischen Titel „  Radio Galaxy  “ ( siehe die Liste der Autoren ) .
  1. Mit einem Lorentz-Faktor in der Größenordnung von 10 4 .
  2. Siehe Eddington-Helligkeit .
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Literaturverzeichnis

Dokument zum Schreiben des Artikels : Dokument, das als Quelle für diesen Artikel verwendet wird.

Siehe auch