Powerful extragalactic radio sources comprise two extended regions containing magnetic field and synchrotron-emitting relativistic electrons, each linked by a jet to a central compact radio source located in the nucleus of the associated galaxy. These jets are collimated streams of plasma that emerge from the nucleus in opposite directions, along which flow mass, momentum, energy, and magnetic flux. Methods of using the observations diagnostically to infer the pressures, densities, and fluid velocities within jets are explained. The jets terminate in the extended radio components, where they interact strongly with the surrounding medium through a combination of shock waves and instabilities. Jets may expand freely, be confined by external gas pressure, or be pinched by toroidal magnetic fields. Shear flows are known to be Kelvin-Helmholtz unstable and thus may be responsible for some of the observed oscillation of jets about their mean directions and for creating the turbulence and shock waves needed to accelerate the relativistic electrons. Larger-scale bending may be caused by changes in the jet axis within the nucleus, gravitational interaction of the radio galaxy with a companion galaxy, or rapid motion of the source through dense intergalactic gas. The compact radio sources also exhibit a jet morphology and contain more direct clues as to the origins of jets; in particular, the variations sometimes observed imply bulk flows that are relativistic. It is widely believed that nuclear activity is ultimately ascribable to gas accreting onto a massive black hole. The accretion can proceed in several different fashions, depending upon whether or not the gas has angular momentum and whether or not the radiation emitted is sufficiently intense to influence the dynamics of the flow. Several distinct mechanisms for jet production in the context of black holes have been proposed. (Alternative mechanisms involving dense star clusters and massive spinning stars are also reviewed.) Supersonic jets may be collimated along the spin axis of a gas cloud surrounding the source of the lighter jet gas. Magnetic fields may be crucial in collimating jets, especially if they are wrapped around the jet by orbiting gas and can thereby collimate the outflow through the pinch effect. In fact, the spin energy of the black hole could also be extracted by magnetic torques, in which case the jet would contain electrons and positrons and carry a large electromagnetic Poynting flux. Statistical investigations of active galaxies also furnish valuable information on their nature and evolutionary behavior. The formation of particular kinds of sources appears to be correlated with environmental effects and cosmic epoch. In addition, the brightest compact radio sources on the sky, which probably involve relativistic motion, may be intrinsically faint objects beamed in our direction. There is now compelling evidence for the continuous fueling of extragalactic radio sources through jets emerging from the nucleus of the associated galaxy. The morphological classification of radio sources is interpreted in terms of the powers, speeds, and surroundings of jets. The ratio of the mass accretion rate to the mass of the hole may determine whether an active nucleus will be primarily a thermal object like an optical quasar or a nonthermal object like a radio galaxy. The authors outline a unified model of nuclear activity and assess what future progress may stem from observational developments (especially the proposed very long baseline array), experimental approaches (such as wind tunnel simulations), and theoretical studies (in particular, large-scale numerical hydrodynamical computing).

Gas supplied conservatively to a black hole at rates well below the Eddington rate may not be able to radiate effectively and the net energy flux, including the energy transported by the viscous torque, is likely to be close to zero at all radii. This has the consequence that the gas accretes with positive energy so that it may escape. Accordingly, we propose that only a small fraction of the gas supplied actually falls on to the black hole, and that the binding energy it releases is transported radially outward by the torque so as to drive away the remainder in the form of a wind. This is a generalization of and an alternative to an ‘ADAF’ solution. Some observational implications and possible ways to distinguish these two types of flow are briefly discussed.

Recent Energy Gamma Ray Experiment Telescope (EGRET) observations of blazars have revealed strong, variable gamma-ray fluxes with no signatures of gamma-ray absorption by pair production. This radiation probably originates from the inner parts of relativistic jets which are aimed nearly toward us. On sub-parsec scales, the jet will be pervaded by radiation from the broad-line region, as well as by photons from the central continuum source (some of which will be scattered by thermal plasma). In a frame moving with the relativistic outflow, the energy of this ambient radiation would be enhanced. This radiation would be Comptonized by both cold and relativistic electrons in the jet, yielding (in the observer's frame) a collimated beam of X-rays and gamma rays. On the assumption that this process dominates self-Comptonization of synchrotron radiation, we develop a self-consistent model for variable gamma-ray emission, involving a single population of relativistic electrons accelerated by a disturbance in the jet. The spectral break between the X-ray and gamma-ray band, observed in 3C 279 and deduced for other blazars, results from inefficient radiative cooling of lower energy electrons. The existence of such a break strongly favors a model involving Comptonization of an external radiation field over a synchrotron self-Compton model. We derive constraints on such model parameters as the location and speed of the source, its dimensions and internal physical parameters, the maximum photon energies produced in the source, and the density and distribution of ambient radiation. Finally, we discuss how observations might discriminate between our model and alternative ones invoking Comptonization of ambient radiation.

We describe a mechanism by which supermassive black holes can form directly in the nuclei of protogalaxies, without the need for seed black holes left over from early star formation. Self-gravitating gas in dark matter halos can lose angular momentum rapidly via runaway, global dynamical instabilities, the so-called "bars within bars" mechanism. This leads to the rapid buildup of a dense, self-gravitating core supported by gas pressure - surrounded by a radiation pressure-dominated envelope - which gradually contracts and is compressed further by subsequent infall. These conditions lead to such high temperatures in the central region that the gas cools catastrophically by thermal neutrino emission, leading to the formation and rapid growth of a central black hole. We estimate the initial mass and growth rate of the black hole for typical conditions in metal-free halos with T_vir ~ 10^4 K, which are the most likely to be susceptible to runaway infall. The initial black hole should have a mass of

view Abstract Citations (591) References (40) Co-Reads Similar Papers Volume Content Graphics Metrics Export Citation NASA/ADS Molecular Tori in Seyfert Galaxies: Feeding the Monster and Hiding It Krolik, Julian H. ; Begelman, Mitchell C. Abstract Much evidence exists that the majority of Seyfert nuclei are surrounded by a geometrically and optically thick torus of dusty, obscuring gas a few parsecs from the center. We discuss the principal properties of the gas in the torus. It is almost certainly not smoothly distributed; most of its mass is gathered into clouds. The balance between cloud merger and tidal shearing ensures that the covering factor of these clouds in the axial direction is of order unity and determines the shape of the cloud-size distribution function. Orbital energy losses from cloud-cloud collisions drive a net inward flow which matches the previously determined mass efflux in the X-ray-heated wind issuing through the torus's central hole if the average cloud column density is ~10^24^ cm^-2^. Such thick clouds are near the Jeans limit and also ensure that the torus is opaque even to X-rays. Where the gravitational potential is dominated by stars, cloud-cloud collisions keep the molecular clouds close to the equatorial plane. Stirring by stellar processes (e.g., supernovae or stellar winds) is never strong enough to compete with collisional losses. Close to the nucleus, where the black hole dominates the gravity, there is sufficient orbital shear that viscous "heating" due to the same cloud-cloud collisions may overcome dissipation and produce a cloud velocity dispersion comparable in magnitude to the orbital speed, swelling the torus. The position of the inner edge of the torus is determined by a balance between the inward flow of clouds and the rate at which the nuclear continuum can evaporate them. It is both physically likely, and necessary to the maintenance of that balance, that clouds of particularly low angular momentum (created by the same stirring mechanism which keeps the torus geometrically thick) are captured by the central object, providing its accretion fuel. Publication: The Astrophysical Journal Pub Date: June 1988 DOI: 10.1086/166414 Bibcode: 1988ApJ...329..702K Keywords: Black Holes (Astronomy); Galactic Nuclei; Interstellar Gas; Molecular Clouds; Seyfert Galaxies; Energy Dissipation; Gravitational Fields; Size Distribution; Stellar Winds; Astrophysics; GALAXIES: NUCLEI; GALAXIES: SEYFERT; BLACK HOLES; INTERSTELLAR: MOLECULES full text sources ADS | data products SIMBAD (1) NED (1)

view Abstract Citations (494) References (25) Co-Reads Similar Papers Volume Content Graphics Metrics Export Citation NASA/ADS Overpressured Cocoons in Extragalactic Radio Sources Begelman, Mitchell C. ; Cioffi, Denis F. Abstract We show that the cocoons of shocked gas which surround powerful double radio sources can have significantly higher pressures than the surrounding intergalactic medium. The pressures can be high enough to confine the jets in these sources, obviating the need for magnetic confinement. The cocoon pressure and the age of a radio source may be estimated from observable quantitites, as we demonstrate for the radio galaxy Cygnus A. We suggest that overpressured cocoons in high-redshift radio galaxies engulf and compress circumgalactic clouds, driving them over the Jeans limit and triggering star formation. Since overpressured cocoons have a much larger ratio of width to length than is indiciated by the widths of observed radio lobes, they can trigger star formation at a much higher rate than can either the direct impact of the jet or entertainment in the radio lobe. We propose that this process leads to the observed alignments of optical continuum emission with radio source axes.e jet or entrainment in the radio lobe. We propose that this process leads to the observed alighments of optical continuum emission with radio source axes. Publication: The Astrophysical Journal Pub Date: October 1989 DOI: 10.1086/185542 Bibcode: 1989ApJ...345L..21B Keywords: Computational Astrophysics; Extragalactic Radio Sources; Radio Galaxies; Radio Jets (Astronomy); Cygnus Constellation; Evolution (Development); Intergalactic Media; Red Shift; Star Formation; Astrophysics; RADIO SOURCES: EXTENDED; RADIO SOURCES: GALAXIES; GALAXIES: JETS; GALAXIES: INTERGALACTIC MEDIUM; HYDRODYNAMICS full text sources ADS | data products SIMBAD (1) NED (1)