【名词解释】河外X射线源

主要有活动星系核和星系团两大类。

前者大都是尺度小于0．1pc的致密源，主要包括塞佛特星系、射电星系、BL Lac型天体和类星体等，其X射线辐射与星系核的活动性有密切联系。后者一般是尺度在0．1Mpc～1Mpc范围内的延伸源，其X射辐射和星系团内的物质分布有关。

研究它们X射线辐射的辐射机制、亮度分布、光变特性以及与其他波段辐射的相关性等，对揭示活动星系核的物理本质，探索星系、星系团的结构起源与演化，了解宇宙早期的演化历史等都具有重要的意义。

正常星系是主要由10⁹～10¹¹颗恒星所组成的集合体，它们在引力稳定形态下主要通过热平衡过程进行演化，自20世纪40年代以来，美国塞佛特(C．K．Seyfert)等先后发现了一系列显示有整体性的力学不稳定性和非热平衡过程的活动星系，其活动性主要起源于尺度极小的星系核中。

1958年前苏联安巴楚勉(V．A．Ambartrumian)甚至进而提出星系中心可能就是星系的诞生地的大胆设想。1962年，荷兰斯密特(M．Schmidt)等发现了活动性最强也是最遥远的一类致密天体，即类星体。

据认为它们可能也是活动星系的核，只是距离更加遥远因而处于宇宙演化的更早期阶段的活动星系核。在1970年以前的探空火箭发现的X射线源中，河外X射线源只有射电源VirA、CenA和类星体3C273等少数几个。

1970年12月，由贾科尼(R．Giacconi)设计并指导的第一颗专门用于X射线探测的天文卫星“乌呼鲁”发射升空，从而揭开了X射线天文学的新篇章，也极大地促进了河外X射线源的观测研究。在它所记录到的200多个X射线源中有半数左右的源位于大于20°的高银纬区，其中的绝大多数都是河外X射线源。早期的研究工作主要集中在这些河外源的证认上。1971年古斯基(H．Gursky)等在X射线波段探测到第1个塞佛特星系NGC4151。

1976年属BL Lac型天体的MK421和MK501也相继被证认为X射线源2A1101 38和4U1651 39。随着X射线空间探测技术的提高，尤其是自1978年11月美国发射的爱因斯坦卫星上天后，不仅使河外X射线源的观测证认工作取得了巨大进展，而且也使理论研究工作向前迈进了一大步，开始由一般证认转向更深入的理论分析阶段。

正常星系的辐射主要由其恒星辐射累积而成，因而辐射谱近似于温度为5000～10000K的黑体谱，辐射能量主要集中在光学波段。其X射线辐射光度一般很低，约只有光学辐射的10^－5。活动星系的一个显着特征就是在其连续辐射谱中有由于非热过程引起的超额红外、紫外，射电和X射线辐射，其X射线光度可达到近于甚至超过光学光度。这些超额辐射具有明显的非恒星起源特征。

一般认为射电辐射主要是由于相对论性的高能电子在星系磁场中的同步辐射所产生的。而统计分析表明，活动星系核的X射线辐射和射电辐射间存在明显的相关性。

1981年查莫拉利(G．Zamorani)等首先注意到对于一定的光学光度，射电亮类星体的X射线辐射量约为射电宁静类星体X射线辐射量的3倍。1983年焦亚(I．M．L．Gioia)等发现在X射线选择的类星体中证认为射电源的概率及其射电光度均高于光学选择的类星体。

这种相关性意味着在X射线辐射中一定存在有与射电辐射过程相关联的成份。射电辐射和X射线辐射都是高能过程，产生X射线辐射的机制主要有温度为10⁶～10¹⁰K的热辐射、能量为50～5000GeV的极端相对论电子在星系磁场中的同步辐射，以及能量为5～500MeV的相对论电子在恒星光子场中的逆康普顿散射。

在一些活动星系核中所观测到的X射线谱很接近于幂律谱，这排除了由高温等离子体的热韧致辐射直接形成X射线谱的可能性。1984年乌玻蒂尼(P．Ubertini)等指出同步自康普顿模型可以用来解释谱形较陡的BLLac型天体的X射线辐射。目前比较流行的看法认为活动星系核的X射线谱主要是由韧致或同步辐射过程所产生的低频光子经相对论性电子散射成高能光子的逆康普顿过程所形成的。

活动星系核的重要特征之一就是普遍存在有时标为小时到年的光变行为，而且不同波段的光变时标和光变特征很不相同，这可能意味着它们产生于活动星系核中的不同区域。对于大幅度的光变行为，辐射区域的尺度一般不可能大于光波在光变时标内的传播距离。在许多塞佛特星系和一些低光度类星体中都观测到有时标为小时的X射线光变，相应的尺度相当于质量为10⁶～10⁸M☉的黑洞半径。

1986年巴(P．Barr)对部分塞佛特星系和类星体的X射线光变时标与X射线光度间所作的分析表明两者间存在明显的正相关，这被看作是X射线辐射来自活动星系核中心的大质量黑洞吸积过程的证据。有关活动星系核物理模型的理论分析也表明在它的中心存在有大质量黑洞。

很早人们就已发现星系也和恒星类似地有聚集成团的现象。1933年瑞士兹维基(F．Zwicky)最先注意到星系的维里质量总是大于它的光度质量，此后进一步的观测研究表明这是一个普遍现象。星系团的维里质量约为光度质量的10倍。这一现象作为着名的“短缺质量”问题已引起天文学家们的广泛注意。

可能的解释之一就是短缺质量由不发光的星系际气体构成。星系团X射线辐射的发现为这类气体的存在提供了最直接的证据。1962年兹维基发现在后发星系团后面观测到的星系团数少于其附近天区中的星系团数，他认为这是后发星系团内星系际物质消光的结果。

1971年古斯基等首次在后发星系团中确认了星系团X射线辐射的存在。

随后，在X射线波段观测到的星系团的数目不断增加，理论上的研究也不断深入。星系团X射线源不仅都是延伸源，而且它的辐射强度也比其内所有成员星系的X射线辐射的累积强度高10～100倍。

这表明星系团的X射线辐射不是由其内的成员星系发出的，而是由星系团内的星系际气体所发出的。这些星系际气体可能来自成员星系的质量损失，也可能来自落入星系团内的宇宙介质。在星系团谱中还发现了近似于太阳丰富度的铁发射线，这进一步证明星系团中存在着星系际物质。

同时，这也说明了至少在10keV以下的X射线辐射主要是由温度在10⁸K左右的高温热气体的热韧致辐射所产生的。星系团X射线辐射的另一个可能机制是由宇宙线电子与微波背景光子碰撞引起的逆康普顿辐射。不过，这两种机制都还有待进一步的观测支持。

在X射线观测中还发现有不能分辨成分立源的弥散成份存在，称为宇宙X射线背景，它具有近似各向同性的分布特征。进一步的观测分析表明2keV以上的X射线背景主要产生于银河系外，而1keV以下则大部分产生于银河系内。

河外背景X射线的辐射机制尚无定论，主要有两种观点：一是认为宇宙间普遍存在有温度高达10⁸K左右的高温热等离子体，它们的热韧致辐射形成了宇宙X射线背景。另一种观点认为X射线辐射背景是由分立X射线源的辐射累积而成的，于是计算河外X射线源对X射线背景的贡献也是河外X射线源研究的重要课题之一。1979年贾科尼和1981年莫瑞(S．Murray)根据流量计数法估算活动星系核对X射线背景的贡献为35%左右，而1984年麦克卡罗(T．Maccacaro)等用光度函数方法得到百分比高达80%。尽管两种方法的结果相差近一倍，但都表明宇宙X射线背景辐射中有相当一部分来自活动星系核的贡献，而星系团的贡献要小得多。

1980年麦基(J．D．Mckee)等在确定了星系团的X射线光度函数后发现它们对X射线背景的贡献仅为4%～9%。至于银河系内弥散X射线的起源一般认为是宇宙线和星际介质相互作用的结果，但据认为也有20%的成份来自弱X射线点源的贡献。

在河外X射线源中还存在一些未证认出光学对应体的源，它们可能是距离太远而看不到光学对应体，由此估计其X射线辐射将至少比光学辐射强100倍。这种异常天体对于研究星系演化和宇宙的早期条件无疑有着重要的意义。

河外X射线源的研究，涉及到从活动星系核的理论模型到宇宙早期演化历史等一系列重要的天体物理问题。诸如活动星系核中高能电子的来源和加速、X射线光变的物理机制、星系团和宇宙中高温气体的加热机制和分布状态等都只是推测性的。

进一步的理论依据需要高精度、高分辨率的X射线观测，1990年发射的X射线卫星ROSAT和即将发射的高级X射线天体物理设备AXAF等正是这种努力的一部分。预计它们的发射将会和乌呼鲁卫星及爱因斯卫星一样给河外X射线源的研究带来巨大进展。

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(芜湖师范专科学校金撰)