세이퍼트 은하

II형 세이퍼트 은하인 컴퍼스자리 은하. **세이퍼트 은하**(**Seyfert Galaxy**)는 퀘이사와 같이 활동 은하에 관한 두 개의 큰 분류 중 한 분류이다. 이들은 퀘이사(매우 밝고, 멀리 있으며 밝은 전자 기복사 방출원)와 유사한 은하핵을 가지고 있다. 은하핵은 매우 높은 표면 밝기를 가지며, 스펙트럼에서 강렬한 고이온화 방출선을 보여준다. 그러나 퀘이사와는 달리, 이들의 숙주은하는 뚜렷하게 관측될 수 있다. 세이퍼트 은하는 모든 은하의 약 10%를 차지하며 천문학에서 매우 잘 연구된 천체 중 하나로, 비록 퀘이사보다 가깝고 덜 밝긴 해도 퀘이사에서 발생하는 현상과 동일한 현상에 의해 동력을 얻는 것으로 여겨지고 있다. 이러한 은하들은 중심부에 떨어지는 물질로 구성된 강착 원반으로 둘러싸인 초대질량 블랙홀을 가지고 있다. 강착원반은 관측되는 자외선 방출의 근원으로 여겨지고 있다. 자외선 방출과 흡수선은 근처 물질의 조성을 파악하는 최적의 방법을 제공한다. 가시광선에서 보여지는 대부분의 세이퍼트 은하는 정상나선은하처럼 보인다. 그러나 다른 파장에서 연구할 때, 은하핵의 광도가 우리 은하 크기의 은하 전체 광도와 맞먹을 정도로 강렬한 것이 명확하게 보이게 된다.
# 어원
세이퍼트 은하의 명칭은 1943년 이 유형을 처음으로 분류한 칼 세이퍼트의 이름을 따서 붙여졌다.
# 발견
NGC 1068 (메시에 77), 처음으로 분류된 세이퍼트 은하 중 하나이다. 세이퍼트 은하는 1908년에 "나선 성운"으로 여겨지던 천체의 스펙트럼을 관측하기 위해 릭 천문대를 이용한, 에드워드 A. 패드와 베스토 슬라이퍼에 의해 처음으로 관측되었다. 이들은 NGC 1068이, 대부분의 천체가 별과 동일한 흡수 스펙트럼을 보여주는 것으로 관측됨에도 불구하고 특이한 것으로 간주되는 여섯 개의 밝은 방출선을 보여준다는 것에 대해 주목했다. 1926년, 에드윈 허블은 NGC 1068과 다른 두 "나선성운"의 방출선을 관측하여 이들을 외부은하 천체로 분류하였다. 1943년, 칼 키넌 세이퍼트는 NGC 1068과 유사한 은하를 많이 발견하였고 이러한 은하들이 넓은 방출선을 보여주는 매우 밝은 항성 상의 은하핵을 가진다는 것을 발표했다. 1944년에는 백조자리 A가 160 MHz 대역에서 관측되었고, 관측은 1948년에 백조자리 A가 별개의 전파원으로 확정이 될 때 확인되었다. 이후 간섭계의 이용으로 백조자리 A의 이중 전파구조가 보여지게 되었다. 몇년 후, 초신성잔해와 같은 다른 전파원이 발견되었다. 1950년대 말까지, 은하핵이 매우 협소(108 년) 사실을 포함하는 세이퍼트 은하에 관한 매우 중요한 특징들이 발견되었다. NGC 5793은 [[천칭자리 방향으로 1억 5,000만 광년 이상 떨어진 세이퍼트 은하이다.accessdate=2014년 4월 12일 ]] 1960~1970년대에는 세이퍼트 은하의 특징에 관해 더 나은 이해를 위한 연구가 수행되었다. 세이퍼트 은하핵의 실제 크기에 관한 몇 안되는 직접적 측정이 이루어졌는데, NGC 1068의 방출선이 직경 1000 광년 이상의 영역에서 형성된다고 확인되었다. 세이퍼트 은하의 적색편이가 우주론적으로 기원한 것인지에 대한 논쟁이 존재했었다. 세이퍼트 은하의 거리와 나이에 관한 측정 확인은 은하핵의 밝기가 수년 단위로 변하기 때문에 제한된다. 그래서 이러한 은하의 거리와 일정한 빛의 속도를 수반하는 주장은 이들의 나이를 측정하는데 항상 이용될 수는 없었다. 같은 시기에, 세이퍼트 은하를 포함하는, 은하 발견 및 목록수록 탐사가 착수되었었다. 1967년 초, 벤자민 마카리안은 매우 강한 자외선 방출에 의해 구별된 수천개의 은하를 포함하는 목록을 발표했는데, 1973년에는 다른 연구원들에 의해 이들 일부 위치에 관한 개선된 측정이 이루어지기도 했다. 그 당시, 1%의 나선은하만이 세이퍼트 은하라고 여겨졌었다. 1977년까지 대부분의 세이퍼트 은하는 정상 또는 막대나선은하이고, 극소수만이 타원은하임이 밝혀졌다. 같은 기간에 세이퍼트 은하에 관한 분광광도 데이터를 수집하기 위한 노력이 이루어져 왔었다. 세이퍼트 은하에서의 모든 스펙트럼이 동일하게 보이지 않다는 것이 분명해졌는데, 그래서 이들은 방출 스펙트럼의 특징에 따라 하위 분류된다. I형과 II형으로 간단한 분류가 만들어졌는데, 이들은 방출선의 상대적인 폭에 따른 유형이다. 일부 세이퍼트 은하핵이 중간적인 특징을 보여준다는 것이 나중에 주목되어 왔는데, 그 결과로 분류는 1.2, 1.5, 1.8, 1.9형으로 더 세분화 되었다(분류 참고). 세이퍼트 은하에 관한 초기의 탐사는 이 분류에서 가장 밝은 대표적 개체만을 탐사 대상으로 포함시키는 것으로 편향되었었다. 관측하기 힘든 세이퍼트 은하핵을 포함하는 저광도 은하를 탐사 대상에 포함하는, 더 최근의 탐사는 세이퍼트 현상이 모든 은하의 16±5%로 발생하여, 실제로 꽤 흔하다는 것을 시사한다. 실제로, 우리은하의 근처(≈27 Mpc)에 있는 수십개의 은하는 세이퍼트 현상을 보여준다. 세이퍼트 은하는 밝은 자외선 방출을 보여주는 은하핵을 가진 은하의 목록인 마카리안 목록에 수록된 은하의 상당수를 차지하는 유형이다.
# 특징
세이퍼트 은하 NGC 4151의 중심에 있는 블랙홀의 광학 및 자외선 사진. 활동은하핵(AGN)은 전자기 스펙트럼에서 보통 광도의 은하보다 큰 광도를 가지는 은하의 중심에 있는 협소한 영역이다. 활동은하핵을 가지는 은하는 활동은하(*active galaxy*)라고 불린다. 활동은하핵은 우주에서 매우 밝은 전자기 복사 방출원으로, 이들의 진화는 우주론적 모형에서 통제변인이 된다. 유형에 따라서, 이들의 광도는 수시간에서 수년 단위의 시간에 따라 변한다. 활동은하의 가장 큰 두 분류는 퀘이사와 세이퍼트 은하로, 두 유형의 주요한 차이점은 이들이 방출하는 복사에너지의 양이다. 일반적인 세이퍼트 은하에서의 핵방출원은 가시광선 파장에서 은하를 구성하는 별 전체가 방출하는 복사에너지의 양과 맞먹는 양의 복사를 방출하지만, 퀘이사에서의 핵방출원은 은하를 구성하는 별 전체가 방출하는 것의 100배 만큼 밝다. 세이퍼트 은하는 108에서 1011 태양광도 범위의 광도를 가지는 극단적으로 밝은 핵을 가지고 있다. 이들 중 약 5%만이 전파에서도 밝은데, 이들의 방출은 감마선에서 누그러지고 X-선에서 밝다. 세이퍼트 은하의 가시광선과 적외선 스펙트럼은 수소, 헬륨, 질소, 산소의 매우 밝은 방출선을 보여준다. 이러한 방출선은 속도가 500~4,000 km/s임을 암시하는 강한 도플러선폭증대를 내보이는데, 중심 블랙홀을 둘러싼 강착원반 근처에서 기원한 것으로 여겨지고 있다.
### 에딩턴 광도
에딩턴 광도 중심 블랙홀의 최소질량을 에딩턴 광도를 이용하여 계산할 수 있다. 이 한계는 빛이 복사압을 가하기 때문에 생기는 것이다. 블랙홀은 밝은 가스로 구성된 원반에 의해 둘러싸여 있다고 가정하자. 원반에서 전자-이온 쌍에 작용하는 중력과, 복사압에 의해 가해지는 반발력은 역제곱 법칙을 따른다. 블랙홀에 의해 가해지는 중력이 복사압에 의한 반발력보다 작다면, 원반은 복사압에 의해 우주공간으로 날아가게 될 것이다. 블랙홀의 중력 *Fgrav*는 아래의 식 통해 계산할 수 있다. :F_{grav}=\frac{GM_{BH}m_p}{r^2} 여기서 *G*는 중력상수, *mp*는 양성자의 질량, *MBH*, *r*은 각각 블랙홀의 질량과 반지름이다.
우리가 별을 구형 대칭으로 가정함으로써 밖으로 작용하는 복사력 *Frad*을 유도할 수 있다. :F_{rad} =\frac{dp}{dt}=\frac{1}{c}\frac{dE}{dt}=\frac{1}{c}\sigma_t\frac{L}{4\pi r^2} 여기서 *p*는 운동량, *t*는 시간, *c*는 빛의 속도, *E*는 에너지, *σt*는 톰슨 단면적, *L*은 광도이다.
블랙홀의 광도는 반드시 에딩턴 광도 *LEddington*보다 작아야 한다. 그러면 아래와 같이 주어진다. :F_{rad} = F_{grav} \rightarrow L 4)에서 발견되는 퀘이사의, 작은 적색편이에서 발견되는 상응물이라는 것이 주장되었다. 둘은 많은 유사한 특징들을 가지고 있는데, 예를 들면 큰 금속함량이나 방출선의 유사한 패턴(강한 Fe[II], 약한 O[III])이 있다. 일부 관측은 코로나 영역에서 달아나는 복사를 통해 핵에 의한 AGN 방출이 구형대칭적이지 않고, 축대칭적임을 시사한다. 이 관측에 근거한 모형으로 시선 방향에 대해 AGN이 향하는 방향이 다르기 때문에 이들이 서로 다른 유형으로 분류된다는 설명을 창안했다. 이러한 모형은 통합모형이라고 불린다. 통합모형은 II형 세이퍼트 은하가 넓은 선 영역에서의 관측을 방해하며 잘 보이지 않는 토러스에 의해 둘러싸인 결과로써, I형 세이퍼트와 II형 세이퍼트 사이의 차이를 설명한다. 퀘이사와 블레이자도 이 모형에서 꽤 간단하게 들어맞는다. 이러한 통합모형의 주요한 문제는 일부 AGN이 왜 강전파(*radio loud*)인데 비해 다른 이들은 약전파(*radio quiet*)인지 설명하기 위해 노력하고 있다. 이들의 차이는 중심 블랙홀의 회전에서의 차이 때문일 것이라고 주장되어 왔다.
# 예시
메시에 51 메시에 87 메시에 88 센타우루스자리 A 주목할 만한 세이퍼트 은하의 예 중 일부이다. * 컴퍼스자리 은하 (ESO 97-G13), 중심에 방출된 가스고리를 가지고 있다. * 센타우루스자리 A 은하 (NGC 5128),지구에서 보았을 때 가장 밝아 보이는 세이퍼트 은하로, 거대 타원 은하이며 백 만 광년 크기의 긴 상대론적 제트로 유명한 전파 은하로 분류되기도 한다. * 백조자리 A 은하 (3C 405), 최초로 발견된 전파은하이며 1 GHz 주파수에서 보았을 때 하늘에서 가장 밝은 전파원이다. * 메시에 51a (NGC 5194), 소용돌이 은하, 하늘에서 가장 유명한 은하 중 하나이다.isbn=1-85828-939-4 * 메시에 66 (NGC 3627), 유명한 사자자리 삼중은하의 일부이다. * 메시에 77 (NGC 1068), 고래자리 A 은하, 최초로 세이퍼트 은하로 분류된 은하 중 하나이다. * 메시에 81 (NGC 3031), 아마추어 천문학에서 가장 대중적인 관측 대상이고 센타우루스자리 A 다음으로 가장 밝은 세이퍼트 은하이다. * 메시에 87 (NGC 4486), 처녀자리 은하단의 중심 은하로 국부 초은하단에서 가장 큰 은하이며, 이 초거대 타원 은하는 4,400 광년 크기의 긴 상대론적 제트를 가지고 있는 것으로 유명한 전파 은하로 분류되기도 한다. * 메시에 88 (NGC 4501), 거대한 처녀자리 은하단의 일원으로 하늘에서 가장 밝은 세이퍼트 은하 중 하나이다. * 메시에 106 (NGC 4258), 가장 유명한 세이퍼트 은하 중 하나로,bibcode=2004AAS...205.7301Hdate=2000년 2월 15일 오르토형 물분자(ortho-H2O)의 22 GHz 선에서 관측할 때 은하핵에서 보이는 수증기 메가메이저를 가지고 있다.accessdate=2014년 7월 1일 * NGC 262, 거대한 H I 가스 헤일로를 가진 은하의 화려한 예. * NGC 1097, 은하핵에서 방출된 네개의 좁은 광학 제트를 가지고 있다. * NGC 1275, 관측된 어떤 것보다도 가장 낮은 내림 나음을 만드는 중심 블랙홀로 유명하다. * NGC 1365, 거의 빛의 속도로 회전하는 중심 블랙홀로 유명하다.bibcode = 2013Natur.494..432R * NGC 1566, 최초로 세이퍼트 은하로 분류된 은하 중 하나다. * NGC 1672, 강렬한 폭발적 항성생성 영역에 둘러싸인 은하핵을 가지고 있다. * NGC 1808, 폭발적 항성생성 은하이기도 하다. * NGC 3079, 중심에서 방출되어 뜨거운 가스로 구성된 거대한 거품을 가지고 있다. * NGC 3185, 힉슨 밀집 은하군 44의 일원이다. * NGC 3259, 강력한 X-선 방출원이기도 하다. * NGC 3783, 강력한 X-선 방출원이기도 하다. * NGC 3982, 폭발적 항성생성 은하이기도 하다. * NGC 4151, 중심에 두개의 초대질량 블랙홀을 가지고 있다. * NGC 4395, 중심에 중간질량 블랙홀을 가지고 있는 저표면밝기은하의 예시이다. * NGC 4725, 지구에서 가장 가깝고 밝은 세이퍼트 은하 중 하나로, 적외선에서 중심을 보았을 때, 매우 긴 나선을 그리는 가스 구름을 가지고 있다. * NGC 4945, 센타우루스자리 A와 상대적으로 가까운 은하이다. * NGC 5033, 운동중심에서 떨어져 있는 세이퍼트 은하핵을 가지고 있다. * NGC 5548, 렌즈상 세이퍼트 은하의 예시이다. * NGC 6240, 초발광 적외선은하(ULIRG)로 분류되기도 한다. * NGC 6251, 3CRR 목록에서 X-선에서 가장 밝은 저들뜸 전파은하이다. * NGC 7479, 가시적 나선팔의 반대방향이 열려있는 나선팔을 가진 나선은하. * NGC 7742, 계란 프라이 은하, 2형 세이퍼트 은하이다. * IC 2560, NGC 1097과 유사한 은하핵을 가진 나선은하.
# 참고
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