电波星系

电波星系。原图链接

电波星系，是宇宙中相当罕见的物体，与电波喧噪类星体、耀变体等都属于在无线电波长（频率在10 MHz～100 GHz，功率高达1038 W）上非常明亮的活跃星系，其电波辐射来自同步加速过程，归功于中心超大质量黑洞喷出的强烈相对论性喷流（Relativistic jet），其释放的无线电波范围远远超过星系可见光的距离。

目录

概述

电波星系是一种会发出很强烈无线电频辐射的星系，被观测到的电波是来自于一对气体喷流的结构和外在的媒介，经由相对论性发光修正的作用后所发射的。电波喧噪的活跃星系令人感兴趣的不仅是星系本身，还因为它们可以在遥远的距离外被观测到，有很多天文工作者陆续从这些星系际介质得到了很好的结果。

明亮活跃的星系

电波星系有活跃星系核，或者说，可能有类星体、耀变体。它们从10 MHz到100 GHz的光度流量累计达1039 W。在星系中央，两道喷流和周围的介质发生了相对论性发光，发射了同步辐射。电波星系可以在遥远的距离外被观测到，可以做为观测宇宙学上可贵的工具。研究集中在星际物质和星系团上。

星系结构

喷流变化过程

电波星系结构多样，其实就是大家给照片上的不同形状起了不同名字。一个星系可以包含多种结构。有叫lobes的，plumes的等等。有叫喷流（jets）的。喷流是一个或两个很长很窄的形状，一头是中心，一头是lobes（最著名的例子是处女座星团中的室女A星系（M87）），喷流这种结构是活跃星系核附近的 高能粒子发射、磁场作用的痕迹，所以“喷流”也指这种变化过程。

电波星系会发出极为强大的能量束，覆盖范围是星系自身的几百万倍，壮观的景象一直是天文学的谜团。据《赫芬顿邮报》2016年10月19日报导，大部分星系的观测图象是可见光的影像，也就是肉眼能看见的光线所显示的形象是令人震撼和奇妙的。

如宇宙巨人

南非西开普大学（University of the Western Cape）博士后伊莫根·怀特姆（Imogen Whittam）解释，科学家为了扩展天文观测视野，使用电磁波的不同谱段如短波谱段的紫外线或长波谱段的红外线来观看星系的情况，可以看到我们肉眼无法看到的更为震撼的天文景象。甚大阵列无线电望远镜（VLT）观测的电波星系 3C296影像，无线电喷射束（红色的光团）的总长为一百万光年。在无线电观测谱段，天文学家发现有些星系中心发出一对极其巨大的喷射束，即高能量粒子束，其在空间的所延伸距离和覆盖范围远远超过可见光所见的星系影象大小。其范围可以是星系自身大小的几百万倍，犹如宇宙“巨人”在无线电波的映照下，显出神秘的身影。

目前为止，天文学界认识到星系中心几乎都有质量为太阳几百万倍甚至更大的超级黑洞，尘埃及其它气体在坠入黑洞的过程中，将释放巨大能量，因此推测那些星系中心会发出无线电波下所见的高能粒子束。这些粒子束几乎以光速向星系之外的方向喷射，可远达几百万公里，直到能量变弱而无法观察。

电波范围

2015 年印度团队发现的一个巨型电波星系 J021659-044920 ：电波范围从头到尾延伸了 400 万光年，星系距离地球则约 90 亿光年。荷兰、巴西、义大利、[[英国}]的国际天文团队新确认最遥远电波星系则名为 TGSS J1530 + 1049，经位于印度的巨型米波电波望远镜（Giant Meterwave Radio Telescope，GMRT）发现，再利用北双子望远镜和大双筒望远镜（Large Binocular Telescope，LBT）完成星系红移测量，确定星系距离。

计算表明该星系红移为 z = 5.72，表明距离我们 120 亿光年远，也就是说当宇宙不到 10 亿岁时，就孕育了这么一个活跃星系。一般认为，活跃星系不应该存在于早期宇宙，因为位于中心的超大质量黑洞需要更长时间才能发育完全，但这次发现告诉我们，活跃星系之形成比以前所认知还要快。TGSS J1530 + 1049 也成功推翻了近 20 年的最远电波星系记录保持者：TN J0924-2201，该星系发现于 1999 年，红移值 z = 5.19，距离我们 110 亿光年，在如此远的地方发现罕见活跃星系，对于科学家理解星系的形成与演化非常重要。

发射过程

来自电波喧噪活跃星系的电波发射是同步加速辐射，被臆测是非常平滑的、自然的宽频和高度偏振。这暗示发射电波的电浆体包含，至少是，有相对论性速度（洛仑兹因子大约在～104）的电子和磁场。因此电浆体必然是中性的，质子或正子必然是其中的成分之一，但是没有办法从同步加速辐射中直接观察出微粒的种类。而且没有办法从观测中确定微粒和磁场的能量密度（相同的同步加速辐射可以来自强磁场的少数几个电子，也可以是来自弱磁场的大量电子）。它是可能在特定的发射区域内，以给定的发射率，在最低的能量密度下测量出的最低能量状态（Burbidge 1956），但多年来没有特别的理由可以相信在真实状况中，任何地方的能量都在极小能量的附近。

光子密度

逆康普顿过程

一种与同步加速辐射是姐妹程序的是逆康普顿过程，相对论性的电子与四周的光子作用，经由汤姆森散射提高能量。来自电波喧噪源的逆康普顿发射特别重要的结果是X射线（e.g. Croston et al. 2005），因为他只与电子的密度有关（和已经知道的光子密度），对逆康普顿散射的测量允许我们估计粒子和磁场的能量密度（依赖某些模型）。这可以用来论证是否多数来源的情况都接近于极小值能量的附近。

高频同步加速辐射

同步加速辐射没有被限制在电波的波长范围内：如果电波源的粒子能被加速到足够的能量，在红外线、光学、紫外线或甚至在X射线，也都能检测到在电波区域的特性。但是，后述状况的电子必须获得超过1Tev的能量，而在通常状态下的磁场，电子很难获得如此高的能量。再一次，偏振和连续光谱被用于区别来自其他过程的同步加速辐射。喷流和热点是常见的高频同步加速辐射的来源。

在观测上要区别同步加速辐射和逆康普顿辐射是很困难的，幸好在进行的过程中在一些物体上会有一些歧异，特别是在X射线。在产制相对论粒子的过程，同步加速辐射和逆康普顿辐射都被认为是粒子加速器。 费米加速在电波喧噪活跃星系中似乎是有效的粒子加速过程。

影片

A Multi-Wavelength View of Radio Galaxy Hercules-A电波星系Hercules-A的多波长视图