นิวเคลียสดาราจักรที่กำลังทำงาน ( AGN ) คือบริเวณขนาดเล็กที่อยู่ใจกลางดาราจักรซึ่งปล่อยพลังงานออกมาในปริมาณมากตลอดช่วงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยมีลักษณะบ่งชี้ว่าความสว่างนี้ไม่ได้เกิดจากดาวฤกษ์การปล่อยรังสีส่วนเกินที่ไม่ใช่จากดาวฤกษ์เหล่านี้ได้รับการสังเกตพบใน ย่าน คลื่นวิทยุไมโครเวฟอินฟราเรด แสง ที่ มองเห็น ได้อัลตราไวโอเลต รังสีเอ็กซ์และรังสีแกมมาดาราจักรที่มี AGN เรียกว่าดาราจักรที่กำลังทำงาน ทฤษฎีสันนิษฐานว่ารังสีที่ไม่ใช่ จากดาวฤกษ์จาก AGN เกิดจากการสะสมของสสารโดยหลุมดำมวลมหาศาลที่อยู่ใจกลางดาราจักรนั้น หลุมดำมวลมหาศาลที่อยู่ใจกลาง ดาราจักร ทางช้างเผือกในปัจจุบันไม่ได้กำลังทำงานอยู่ แต่เชื่อกันว่าเคยทำงานเมื่อประมาณ 8 พันล้านปีก่อน

นิวเคลียสดาราจักรที่แอคทีฟ (AGN) เป็นแหล่งกำเนิด รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่สว่างที่สุดและต่อเนื่องที่สุดในจักรวาล และด้วยเหตุนี้จึงสามารถใช้เป็นวิธีการค้นหาวัตถุที่อยู่ไกลออกไปได้ วิวัฒนาการของ AGN ตามกาลเวลาในจักรวาลยังช่วยจำกัดแบบจำลองของจักรวาล อีก ด้วย ลักษณะที่สังเกตได้ของ AGN ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติหลายประการ เช่น มวลของหลุมดำใจกลาง อัตราการสะสมของก๊าซบนหลุมดำ ทิศทางของจานสะสมมวล ระดับการบดบังนิวเคลียสโดยฝุ่นและการมีหรือไม่มีเจ็ตมีการกำหนดกลุ่มย่อยของ AGN จำนวนมากโดยอาศัยลักษณะที่สังเกตได้ AGN ที่ทรงพลังที่สุดถูกจัดประเภทเป็นควาซาร์บลาซาร์คือ AGN ที่มีเจ็ตชี้ไปยังโลก ซึ่งรังสีจากเจ็ตนั้นเพิ่มขึ้นเนื่องจากการแผ่รังสีแบบสัมพัทธภาพ

ในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 20 การสังเกตการณ์ด้วยภาพถ่ายของกาแล็กซีใกล้เคียงตรวจพบสัญญาณลักษณะเฉพาะบางอย่างของการปล่อยรังสีจากนิวเคลียสกาแล็กซีที่กำลังทำงานอยู่ แม้ว่าจะยังไม่มีความเข้าใจทางกายภาพเกี่ยวกับธรรมชาติของปรากฏการณ์ AGN ก็ตาม การสังเกตการณ์ในช่วงแรกๆ ได้แก่ การตรวจจับเส้นการปล่อยรังสีจากนิวเคลียสของNGC 1068และMessier 81 ครั้งแรกด้วยสเปกโทรสโกปี โดย Edward Fath (ตีพิมพ์ในปี 1909) ^{[ 1 ]}และการค้นพบเจ็ตในMessier 87โดยHeber Curtis (ตีพิมพ์ในปี 1918) ^{[ 2 ]}การศึกษาสเปกโทรสโกปีเพิ่มเติมโดยนักดาราศาสตร์ ได้แก่Vesto Slipher , Milton HumasonและNicholas Mayallสังเกตเห็นการมีอยู่ของเส้นการปล่อยรังสีที่ผิดปกติในนิวเคลียสของกาแล็กซีบางแห่ง^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}ในปี พ.ศ. 2486 คาร์ล เซย์เฟิร์ตได้ตีพิมพ์บทความที่อธิบายถึงการสังเกตการณ์กาแล็กซีใกล้เคียงที่มีนิวเคลียสสว่างซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของเส้นการปล่อยแสงที่กว้างผิดปกติ^{[ 7 ]}กาแล็กซีที่ถูกสังเกตการณ์ในการศึกษานี้ ได้แก่NGC 1068 , NGC 4151 , NGC 3516และNGC 7469กาแล็กซีที่มีกิจกรรมเช่นนี้เรียกว่ากาแล็กซีเซย์เฟิร์ตเพื่อเป็นเกียรติแก่ผลงานบุกเบิกของเซย์เฟิร์ต

การพัฒนาด้านดาราศาสตร์วิทยุเป็นตัวเร่งสำคัญในการทำความเข้าใจ AGN แหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุที่ตรวจพบในช่วงแรกๆ บางส่วนเป็นกาแล็กซีรูปวงรี ที่มีกิจกรรมใกล้เคียง เช่นMessier 87และCentaurus A [ ^{8 ] แหล่ง}กำเนิดคลื่นวิทยุอีกแหล่งหนึ่ง คือ Cygnus A ซึ่ง Walter BaadeและRudolph Minkowskiระบุว่าเป็นกาแล็กซีที่บิดเบี้ยวเนื่องจากแรงโน้มถ่วงและ มีสเปกตรัม เส้นการปล่อย ที่ไม่ธรรมดา โดย มีความเร็วในการถอยห่าง 16,700 กิโลเมตรต่อวินาที^{[ 9 ]}การสำรวจคลื่นวิทยุ 3Cนำไปสู่ความก้าวหน้าเพิ่มเติมในการค้นพบแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุใหม่ๆ รวมถึงการระบุ แหล่งกำเนิด แสงที่มองเห็นได้ซึ่งเกี่ยวข้องกับการปล่อยคลื่นวิทยุ ในภาพถ่าย วัตถุเหล่านี้บางส่วนมีลักษณะเกือบเป็นจุดหรือคล้ายดาวฤกษ์ และถูกจัดประเภทเป็นแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุคล้ายดาวฤกษ์ (ต่อมาย่อว่า "ควาซาร์")

นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ชาวโซเวียต-อาร์เมเนียViktor Ambartsumianได้นำเสนอแนวคิดเกี่ยวกับนิวเคลียสกาแล็กซีที่ทำงานอยู่ในช่วงต้นทศวรรษ 1950 ^{[ 10 ]}ในการประชุม Solvay Conference on Physics ในปี 1958 Ambartsumian ได้นำเสนอรายงานที่โต้แย้งว่า "การระเบิดในนิวเคลียสกาแล็กซีทำให้มวลจำนวนมากถูกขับออกมา เพื่อให้เกิดการระเบิดเหล่านี้ นิวเคลียสกาแล็กซีจะต้องมีวัตถุที่มีมวลมหาศาลและมีลักษณะที่ไม่ทราบแน่ชัด จากจุดนี้เป็นต้นไป นิวเคลียสกาแล็กซีที่ทำงานอยู่ (AGN) กลายเป็นองค์ประกอบสำคัญในทฤษฎีวิวัฒนาการของกาแล็กซี" ^{[ 11 ]}แนวคิดของเขาได้รับการตอบรับอย่างสงสัยในตอนแรก^{[ 12 ] [ 13 ]}

ความก้าวหน้าครั้งสำคัญคือการวัดค่าเรดชิฟต์ของควาซาร์3C 273โดยMaarten Schmidtซึ่งตีพิมพ์ในปี 1963 ^{[ 14 ]} Schmidt ตั้งข้อสังเกตว่าหากวัตถุนี้อยู่ นอก กาแล็กซี (อยู่นอกทางช้างเผือกในระยะทางจักรวาลวิทยา) ค่าเรดชิฟต์ขนาดใหญ่ที่ 0.158 บ่งชี้ว่ามันเป็นบริเวณใจกลางของกาแล็กซีที่มีพลังมากกว่ากาแล็กซีวิทยุอื่นๆ ที่เคยระบุไว้ประมาณ 100 เท่า ไม่นานหลังจากนั้น สเปกตรัมแสงถูกนำมาใช้ในการวัดค่าเรดชิฟต์ของควาซาร์จำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ รวมถึง3C 48ซึ่งอยู่ไกลออกไปอีกที่ค่าเรดชิฟต์ 0.37 ^{[ 15 ]}

ความสว่างมหาศาลของควาซาร์เหล่านี้ รวมถึงคุณสมบัติสเปกตรัมที่ผิดปกติ บ่งชี้ว่าแหล่งพลังงานของพวกมันไม่น่าจะมาจากดาวฤกษ์ธรรมดา การสะสมของก๊าซบนหลุมดำมวลมหาศาลถูกเสนอให้เป็นแหล่งพลังงานของควาซาร์ในเอกสารของEdwin SalpeterและYakov Zeldovichในปี 1964 ^{[ 16 ]}ในปี 1969 Donald Lynden-Bellเสนอว่ากาแล็กซีใกล้เคียงมีหลุมดำมวลมหาศาลอยู่ที่ใจกลางเป็นซากของควาซาร์ที่ "ตายแล้ว" และการสะสมของหลุมดำเป็นแหล่งพลังงานสำหรับการปล่อยรังสีที่ไม่ใช่ดาวฤกษ์ในกาแล็กซี Seyfert ใกล้เคียง^{[ 17 ]}ในช่วงทศวรรษ 1960 และ 1970 การสังเกตการณ์ ทางดาราศาสตร์รังสีเอกซ์ ในยุคแรก แสดงให้เห็นว่ากาแล็กซี Seyfert และควาซาร์เป็นแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ที่ทรงพลัง ซึ่งมีต้นกำเนิดมาจากบริเวณภายในของจานสะสมของหลุมดำ

ปัจจุบัน AGN เป็นหัวข้อสำคัญของการวิจัยทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ทั้งในเชิงสังเกตการณ์และเชิงทฤษฎีการวิจัย AGN ครอบคลุมถึงการสำรวจเชิงสังเกตการณ์เพื่อค้นหา AGN ในช่วงความสว่างและเรดชิฟต์ที่กว้างขวาง การตรวจสอบวิวัฒนาการและการเติบโตของหลุมดำในจักรวาล การศึกษาฟิสิกส์ของการดูดกลืนสสารของหลุมดำและการปล่อยรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจาก AGN การตรวจสอบคุณสมบัติของเจ็ตและการไหลออกของสสารจาก AGN และผลกระทบของการดูดกลืนสสารของหลุมดำและกิจกรรมของควาซาร์ต่อวิวัฒนาการของกาแล็กซี

ตั้งแต่ปลายทศวรรษ 1960 มีการโต้แย้ง^{[ 18 ]}ว่า AGN จะต้องได้รับพลังงานจากการสะสมมวลบนหลุมดำขนาดใหญ่ (10⁶ ^ถึง 10¹⁰ ^เท่าของมวลของดวงอาทิตย์ ) AGN มีทั้งขนาดกะทัดรัดและสว่างมากอย่างต่อเนื่อง การสะสมมวลสามารถแปลงพลังงานศักยภาพและพลังงานจลน์เป็นรังสีได้อย่างมีประสิทธิภาพมาก และหลุมดำขนาดใหญ่มีความสว่างของเอ็ดดิงตัน สูง ส่งผลให้สามารถให้ความสว่างสูงอย่างต่อเนื่องตามที่สังเกตได้ ปัจจุบันเชื่อกันว่าหลุมดำมวลมหาศาลมีอยู่ใจกลางกาแล็กซีขนาดใหญ่ส่วนใหญ่หรือทั้งหมด เนื่องจากมวลของหลุมดำมีความสัมพันธ์ที่ดีกับความแปรปรวนของความเร็วของส่วนนูนของกาแล็กซี ( ความสัมพันธ์ M–sigma ) หรือกับความสว่างของส่วนนูน^{[ 19 ]}ดังนั้น จึงคาดว่าจะพบคุณลักษณะคล้าย AGN เมื่อใดก็ตามที่มีวัสดุสำหรับการสะสมมวลเข้ามาอยู่ในขอบเขตอิทธิพลของหลุมดำใจกลาง

เจ็ตความเร็วสัมพัทธภาพ

จานสะสมมวลบางส่วนสร้างเจ็ตคู่ที่มีลำแสงแคบ มาก และพุ่งออกมาอย่างรวดเร็ว โดยเจ็ตเหล่านี้พุ่งออกมาในทิศทางตรงกันข้ามจากบริเวณใกล้กับจาน^{[ 20 ]}ทิศทางการพุ่งของเจ็ตถูกกำหนดโดยแกนโมเมนตัมเชิงมุมของจานสะสมมวลหรือแกนหมุนของหลุมดำ กลไกการสร้างเจ็ตและองค์ประกอบของเจ็ตในระดับเล็กมากยังไม่เป็นที่เข้าใจในปัจจุบัน เนื่องจากความละเอียดของเครื่องมือทางดาราศาสตร์ต่ำเกินไป เจ็ตเหล่านี้มีผลกระทบที่สังเกตได้ชัดเจนที่สุดในช่วงคลื่นวิทยุ ซึ่งสามารถใช้การแทรกสอดแบบฐานยาวมาก เพื่อศึกษาการแผ่รังสีซินโครตรอนที่พวกมันปล่อยออกมาที่ความละเอียดระดับต่ำกว่า พาร์เซกอย่างไรก็ตาม พวกมันแผ่รังสีในทุกช่วงคลื่นตั้งแต่คลื่นวิทยุไปจนถึงรังสีแกมมาผ่าน กระบวนการ ซินโครตรอนและการกระเจิงแบบอินเวอร์สคอมป์ตันดังนั้นเจ็ตของ AGN จึงเป็นแหล่งกำเนิดรังสีต่อเนื่องที่สังเกตได้อีกแหล่งหนึ่ง

AGN เป็นแหล่งกำเนิดที่เป็นไปได้ของ รังสีคอสมิก พลังงานสูงและพลังงานสูงมาก( ดูเพิ่มเติมที่กลไกการเร่งความเร็วแบบแรงเหวี่ยง )

ลักษณะที่น่าสนใจมากมายของ AGN ได้แก่: ^{[ 23 ]}

• มีความสว่างสูงมาก สามารถมองเห็นได้แม้ในค่าการเลื่อนไป ทางแดงสูงมาก
• บริเวณปล่อยรังสีขนาดเล็ก มีเส้นผ่านศูนย์กลางระดับมิลลิพาร์เซก ซึ่งบ่งชี้ถึงความหนาแน่นของพลังงานสูง
• วิวัฒนาการที่แข็งแกร่งของฟังก์ชันความสว่างและ
• การ ปล่อยคลื่นที่ตรวจจับได้ครอบคลุมสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ทั้งหมด

AGN ที่สังเกตได้จะถูกจัดกลุ่มเป็นคลาสที่แตกต่างกันหลายสิบคลาสซึ่งบางครั้งก็ทับซ้อนกัน^{[ 23 ]} AGN ถูกจำแนกตามเกณฑ์หลายประการ AGN สองตัวอาจอยู่ในกลุ่มเดียวกันตามการสังเกตที่ความยาวคลื่นหนึ่ง และอยู่ในกลุ่มที่แตกต่างกันตามการสังเกตที่ความยาวคลื่นอื่น เชื่อกันว่าประเด็นเหล่านี้สะท้อนให้เห็นถึงขั้นตอนเริ่มต้นของการทำความเข้าใจ AGN ในปัจจุบัน การจำแนกประเภทตามการสังเกตยังไม่ได้รับการตีความด้วยแบบจำลองทางฟิสิกส์ที่สอดคล้องกัน^{[ 24 ]}

เกณฑ์หนึ่งคืออัตราส่วนการปล่อยคลื่นวิทยุต่อแสงหรือพารามิเตอร์ความดังของคลื่นวิทยุ โดยที่คือความสว่างที่ย่านความถี่วิทยุ 5 GHz และคือความสว่างของแสง AGN ที่มีและเรียกว่ามีคลื่นวิทยุดัง มิฉะนั้นจะเรียกว่ามีคลื่นวิทยุเบา อัตราส่วนนี้น่าสงสัยในกรณีที่การปล่อยแสงอาจถูกบดบังด้วยฝุ่นและแสงดาวโดยตรงตามแนวเส้นไปยัง AGN อีกทางหนึ่ง การแบ่งนี้สามารถกำหนดเป็นการตัดความสว่างของคลื่นวิทยุที่ความถี่คงที่ เช่น^{[ 24 ]}$${\displaystyle R={\frac {L_{5GHz}}{L_{B}}},}$$${\displaystyle L_{5GHz}}$ ${\displaystyle L_{B}}$${\displaystyle R\gg 10}$${\displaystyle L_{5GHz}>10^{25}{\textrm {Jy}}}$${\displaystyle L_{1.4GHz}>10^{24}{\textrm {W}}/{\textrm {Hz}}.}$

เกณฑ์ข้อที่สองคือการมีอยู่ของเส้นการปล่อยกว้างในสเปกตรัมแสง: ประเภทที่ 1 มีเส้นกว้าง แต่ประเภทที่ 2 ไม่มี^{[ 25 ]}

แบบจำลองแบบรวมเสนอว่าคลาสการสังเกตการณ์ที่แตกต่างกันของ AGN เป็นวัตถุทางกายภาพประเภทเดียวกันที่สังเกตได้ภายใต้เงื่อนไขที่แตกต่างกัน แบบจำลองการรวมแบบ "เข้มงวด" เสนอว่าความแตกต่างที่ปรากฏระหว่างวัตถุประเภทต่างๆ เกิดขึ้นเพียงเพราะการวางแนวของเจ็ตและทอรัสบดบังที่แตกต่างกันเมื่อมองจากโลก ทอรัสบดบัง หรือที่เรียกว่า "ทอรัสฝุ่น" เป็นชั้นนอกที่เย็นซึ่งล้อมรอบจานสะสมมวล^{[ 35 ]}แบบจำลองนี้ประสบความสำเร็จบางส่วน ตัวอย่างเช่น แสดงให้เห็นว่ากาแล็กซี Seyfert ประเภท 1 และ 2 เป็น AGN ประเภทเดียวกันเมื่อมองในมุมมองที่แตกต่างกัน^{[ 23 ] : 36 [ 36 ] [ 34 ]}

ผลกระทบอื่นๆ ที่อาจทำให้วัตถุทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ประเภทเดียวกันมีลักษณะการสังเกตที่แตกต่างกัน ได้แก่ อัตราการดูดกลืนมวล ความแรงของเจ็ตสัมพัทธภาพ ผลกระทบจากการบดบังของกาแล็กซีที่อยู่รอบ AGN หรือเวลาการสังเกตที่สัมพันธ์กับการก่อตัวของ AGN AGN เป็นหัวข้อของการศึกษาที่กำลังดำเนินอยู่มากมายที่มุ่งหวังที่จะชี้แจงธรรมชาติของ AGN ^{[ 23 ] : 37}

คาดว่าหลุมดำมวลมหาศาล ทั้งหมด ที่อยู่ใจกลางกาแล็กซีได้ผ่านกิจกรรม AGN ระดับสูงมาจนถึงมวลที่เราเห็นในปัจจุบัน ช่วงเวลาที่มีกิจกรรม AGN สูงเหล่านี้อาจส่งผลกระทบต่อชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์และความสามารถในการอยู่อาศัยได้ดาวเคราะห์ที่อยู่ในกาแล็กซีขนาดเล็ก เช่น “ Red Nuggets ” มีแนวโน้มที่จะได้รับผลกระทบมากกว่าดาวเคราะห์ที่อยู่ในกาแล็กซีรูปวงรี ทั่วไป เช่นM87หรือกาแล็กซีเกลียวเช่นกาแล็กซีทางช้างเผือก สำหรับดาวเคราะห์ที่มี ออกซิเจน ในชั้นบรรยากาศ เริ่มต้นสูงรังสี AGN อาจทำให้ชั้นโอโซน หนาขึ้นได้ อาจโดยการป้องกันรังสี UV อื่นๆ ซึ่งอาจเพิ่มความสามารถในการอยู่อาศัยของดาวเคราะห์ได้^{[ 37 ]}

หลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางกาแล็กซีของเรา ( Sagittarius A* ) ประสบกับช่วงกิจกรรม AGN เมื่อ 8 พันล้านปีก่อน ซึ่งจะทำให้ชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ภายในระยะ 1 กิโลพาร์เซก เทียบเท่ากับโลก ในปัจจุบัน รังสีเอ็กซ์และรังสีอัลตราไวโอเลต ที่รุนแรง ยังจะก่อให้เกิดความเสียหายทางชีวภาพต่อสิ่งมีชีวิตบนพื้นผิวของดาวเคราะห์ที่ไม่มีการป้องกันที่เหมาะสม ซึ่งอาจขัดขวางการพัฒนาของสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนภายในระยะไม่กี่กิโลพาร์เซก^{[ 38 ]}

พลังงานที่เกิดขึ้นจาก AGN ยังสามารถทำให้บรรยากาศของดาวเคราะห์ร้อนขึ้น ส่งผลให้บรรยากาศหลุดออก ไป ผลกระทบโดยรวมของการไหลออกของ AGN อาจทำให้ดาวเคราะห์ทั้งหมดที่อยู่ภายในระยะ 1kpc (~ 3,262 ปีแสง ) จากศูนย์กลางของกาแล็กซีไม่สามารถอยู่อาศัยได้^{[ 39 ]}

• ความสัมพันธ์ M–sigma – แนวคิดในทางดาราศาสตร์ 
• ควาซาร์– นิวเคลียสดาราจักรที่กำลังทำงาน (AGN) ซึ่งประกอบด้วยหลุมดำมวลมหาศาล 
• ดาราจักรวิทยุ– ดาราจักรประเภทหนึ่งที่มีกิจกรรมสูงและสว่างมากในย่านความถี่วิทยุ 
• เจ็ตเชิงสัมพัทธภาพ– กระแสของสสารไอออนที่ไหลออกจากวัตถุทางดาราศาสตร์ที่กำลังหมุน 
• หลุมดำมวลมหาศาล– หลุมดำประเภทที่ใหญ่ที่สุด 
• การทำแผนที่เสียงสะท้อน– เทคนิคทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ 

• สื่อที่เกี่ยวข้องกับนิวเคลียสดาราจักรที่กำลังทำงานอยู่ที่วิกิมีเดียคอมมอนส์