Aktiv galaktisk kärna (AGN) – definition, egenskaper och betydelse

Lär dig om aktiv galaktisk kärna (AGN) — vad de är, drivkraften från supermassiva svarta hål, egenskaper, kosmisk betydelse och mäktiga jetstrålar.

En aktiv galaktisk kärna (AGN) är en kompakt, extremt ljusstark region i centrum av en galax. Den centrala energiproduktionen gör att området ofta dominerar värdgalaxens utstrålning över stora delar av det elektromagnetiska spektrumet. Den vanligast accepterade förklaringen är att strålningen uppstår när massa som faller in mot ett supermassivt svart hål i galaxens kärna och frigör gravitationell energi genom en het ackretionsskiva och en omgivande varm korona.

Den utstrålning som vi observerar från en AGN omfattar hela spektrat: radio-, mikrovågs-, infraröda, optiska, ultravioletta, röntgen- och gammastrålar. AGN kan därför studeras i många våglängder, och varje våglängdsband ger olika information om fysiska processer nära det centrala svarta hålet.

Egenskaper och centrala komponenter

• Ackretionsskiva: en varm, roterande skiva av gas som avger starkt kontinuerligt ljus, särskilt i ultraviolett och röntgen.
• Korona: ett område med het, relativt tunn plasma ovanför skivan som upparbetar fotoner till röntgenenergi.
• Bred- och smal-linjeområden (BLR/NLR): gasmoln på olika avstånd som ger upphov till breddade respektive smalare emissionslinjer i spektrat beroende på deras hastigheter.
• Dammigt torus: en molekylär och dammig struktur som kan dölja den innersta kärnan beroende på observationsvinkeln.
• Jetstrålar: i vissa AGN bildas kraftfulla, ofta relativistiska jetstrålar av plasma som skjuts ut längs rotationsaxeln och kan sträcka sig tusentals ljusår ut i intergalaktiska rymden.

Olika typer av AGN

AGN klassificeras efter sina observationala egenskaper:

• Seyfert-galaxer: relativt ljusstarka kärnor i närliggande spiralgalaxer med starka emissionslinjer.
• Radiogalaxer: kraftiga radiosändare där stora radiojetar ofta syns i bilder (radiogalaxer).
• Kvasarer (quasars): extremt ljusstarka AGN i avlägsna galaxer, synliga på stora kosmiska avstånd (kvasarer).
• Blazarer: AGN där jetarna pekar nära vår siktlinje, vilket ger stark variation och hög energiutstrålning.
• LINERs: kärnor med svagare och lågjoniserade emissionslinjer, vanliga i vissa galaxer.

Strålning, spektrum och variabilitet

AGN visar ofta både ett kontinuerligt spektrum och tydliga emissionslinjer. De kan vara mycket variabla — från snabba förändringar på timmar i röntgen/optiskt till långsammare förändringar över årtionden — vilket ger viktiga ledtrådar om storleken på den utstrålande regionen. Polarisation, linjeprofiler och tidsfördröjningar (reverberation mapping) används för att mäta avstånd och fysik i BLR och uppskatta massan hos det centrala svarta hålet.

Drivkraft och skalor

Den energi som frigörs vid ackretion kan vara mycket effektiv: en betydande fraktion av massans vilaenergi omvandlas till strålning. Supermassiva svarta hål i AGN har typiskt massor i intervallet ~10⁶–10¹⁰ solmassor. Luminositeten kan nå upp mot extremt höga värden (kvasarer är bland de ljusstarkaste objekten i universum), och accretionens styrka uttrycks ofta som en andel av Eddington-luminositeten.

Relativistiska jetar

Vissa AGN driver relativistiska jetstrålar — mycket kollimerade plasmabuntar som kan nå hastigheter nära ljusets. Sådana jetar förekommer särskilt i radiogalaxer och kvasarer och kan bli flera tusen eller till och med hundratusentals ljusår långa. Jetarnas interaktion med omgivande medium påverkar värdgalaxens gas och kan ge upphov till radiolobes och hotspot-strukturer långt från kärnan.

Unified model och observationsvinkel

Den så kallade unified model föreslår att många skillnader mellan AGN-typer kan förklaras av observationsvinkeln i förhållande till den dammiga torusen och jetaxeln. När vi ser in i kärnan direkt syns breda emissionslinjer (typ 1); om torusen skymmer den innersta regionen ser vi främst smalare linjer (typ 2).

AGN och galaxutveckling

AGN spelar en avgörande roll i galaktisk evolution genom så kallad AGN-feedback. Den energi och de jetar som AGN avger kan:

• värma och blåsa bort gas och därigenom hämma stjärnbildning i värdgalaxen (quenching),
• eller i vissa fall komprimera gas och trigga stjärnbildning,
• påverka distributionen av varm gas i galaxgrupper och kluster.

Observationell och kosmologisk betydelse

AGN är utmärkta kosmiska verktyg: tack vare sin höga ljusstyrka kan man upptäcka dem på mycket stora avstånd och använda dem som bakgrundsbelysning för att studera mellanliggande materia genom absorptionslinjer. De bidrar till vår förståelse av kosmos under olika epoker, från återjoniseringstiden till modern tid, och måste beaktas i alla modeller för universum. Kvasarer används också i stora undersökningar för att mäta kosmologiska parametrar och kartlägga strukturer i universum.

Hur AGN studeras

Studier av AGN kräver ofta multi‑våglängdsobservationer: radio för jetar, infrarött för dammiga torusstrukturer, optiskt/UV för emissionslinjer och röntgen/gamma för heta inre regioner. Tidsserier och spektroskopi ger information om dynamik och massa, medan högupplösta bilder (t.ex. radio‑VLBI) kan visa jetars struktur nära kärnan.

Öppna frågor

Trots stora framsteg finns flera centrala frågor kvar, bland annat exakt hur jets bildas och accelereras, vad som styr övergången mellan radiotysta och radiostarka AGN, hur accretionen initieras i olika miljöer och hur de allra första supermassiva svarta hålen bildades i det tidiga universum.

Sammanfattningsvis är AGN mycket mer än bara starka ljuskällor i galaxcentrum: de är dynamiska, mångfacetterade system som påverkar sin omgivning över stora skalor och utgör nyckelkomponenter i vår förståelse av galaxers och universums utveckling.

Frågor och svar

F: Vad är en aktiv galaktisk kärna?

F: I vilka våglängder observeras den elektromagnetiska strålningen från en AGN?

F: Vad kallas en galax med en AGN?

F: Vad kan AGN användas till?

F: Varför måste alla teorier om kosmos ta hänsyn till AGN?

F: Vad är relativistiska jets?

F: Hur lång kan de relativistiska strålarna bli i vissa AGN?

Sök med bokstav