Aktivnye yadra galaktik
23.08.2000 18:47 | GAISh, Moskva
Do serediny HH veka schitalos', chto osnovnym istochnikom izlucheniya v galaktikah yavlyayutsya zvezdy, t.e. bol'shaya chast' energii, izluchaemoi galaktikoi, vyrabatyvaetsya v rezul'tate reakcii termoyadernogo sinteza v zvezdah (etot mehanizm energovydeleniya byl teoreticheski otkryt H.Bete v 1938 g.).
Odnako, nachinaya s 1943 g. byli otkryty mnogie tipy galaktik, aktivnost' kotoryh svyazana ne so zvezdami, a s moshnym vydeleniem energii v otnositel'no nebol'shoi (R<1 pk, napomnim, chto 1pk=3.26 svetovogo goda, a 1 Mpk=106 pk) yadernoi chasti galaktiki.
Priznakami aktivnosti galakticheskih yader schitayutsya sleduyushie svoistva:
1. Neteplovoi vid spektra ot radio do gamma diapazona elektromagnitnogo spektra. Chto eto oznachaet? Vsem horosho izvestno, chto esli my nagrevaem brusok zheleza, to on budet svetit'sya vse yarche i yarche. Vooobshe, lyubye nagretye tela budut izluchat' energiyu, prichem kolichestvo energii i vid spektra budut zavisit' ot temperatury. Takoe izluchenie nazyvaetsya teplovym.
Vozmozhny i drugie mehanizmy izlucheniya energii. Pri etom vid spektra budet sovsem drugim, ego nel'zya ob'yasnit' tem, chto izluchaet kakoe-to nagretoe telo, naprimer, gaz. Etot tip izlucheniya nazyvaetsya neteplovym. Odnim iz samyh vazhnyh dlya astrofiziki voobshe i dlya fiziki aktivnyh yader v chastnosti yavlyaetsya t.n. sinhrotronnoe izluchenie. Ono obrazuetsya pri dvizhenii elektronov v magnitnom pole i imeet harakternyi spektr.
2. Peremennost', t.e. izmenenie vidimogo bleska, s periodom ot 10 minut (v rentgenovskom diapazone) do 10 let v opticheskom i radio diapazonah.
3. Nalichie shirokih emissionnyh linii v spektre, govoryashih o dvizheniyah goryachego gaza s bol'shimi skorostyami.
4. Morfologicheskie osobennosti (vybrosy, "goryachie pyatna"). Neobychnyi vneshnii vid chasto yavlyaetsya sledstviem aktivnosti yadra, iz kotorogo mozhet vybrasyvat'sya bol'shoe kolichestvo veshestva.
5. Spektral'nye i polyarizacionnye osobennosti. Poslednie mogut govorit', naprimer, o nalichii magnitnogo polya i ego strukture.
Konechno ne obyazatel'no nalichie odnovremenno vseh etih svoistv. Est' i nekotorye trebovaniya k samim galaktikam. Obychno pekulyarnost', t.e. neobychnost', otsutstvuet v malomassivnyh galaktikah. Krome togo, galaktika dolzhna byt' kondensirovana k centru, poetomu yadernaya aktivnost' chashe vstrechaetsya u ellipticheskih galaktik. Takzhe prakticheski vsegda neobhodimo nalichie bol'shogo kolichestva gaza v central'nyh oblastyah galaktiki, poskol'ku v ryade modelei aktivnosti imenno s gazom tak ili inache svyazyvaetsya energovydelenie v aktivnom yadre.
Pervymi iz galaktik s aktivnymi yadrami (AYa) byli otkryty seifertovskie galaktiki, nazvannye tak v chest' ih pervootkryvatelya K.Seiferta (1911-1960). On obnaruzhil v spektrah 12 galaktik shirokie linii vodoroda, geliya i ionizovannogo zheleza, polushirina kotoryh, v sootvetstvii s effektom Doplera, sootvetstvovala skorostyam do neskol'kih tysyach km/sek.
Seichas izvestny tysyachi takih ob'ektov, prichem v nekotoryh iz nih emissionnye spektral'nye linii imeyut shiriny, sootvetstvuyushuyu skorosti okolo 30000 km/sek (0.1 skorosti sveta!).
Eti skorosti svyazany s dvizheniem oblakov gaza v central'nyh chastyah seifertovskih galaktik. T.e. sushestvuet bol'shoe kolichestvo gaza, vyletayushego iz yadra so skorost'yu do desyatkov tysyach km/sek.
Seifertovskie galaktiki otnosyatsya k gigantskim spiral'nym galaktikam. Sredi nih osobenno velika dolya peresechennyh spiralei (okolo 70%). Seiferty, kak chasto nazyvayut etot tip galaktik, chashe, chem obychnye galaktiki, vhodyat v chislo par i grupp, no izbegayut bogatyh skoplenii (kak my uvidim v dal'neishem primerno tezhe svoistva demonstriruyut drugie aktivnye vnegalakticheskie ob'ekty - kvazary). Dlya nih svoistvenna sil'naya sfericheskaya sostavlyayushaya. Seiferty sostavlyayut primerno 1% ot obshego chisla spiral'nyh galaktik, i ih prostranstvennaya koncentraciya ravna 1 galaktika na 104 kubicheskih Mpk.
Spektry seifertov imeyut neteplovoi harakter v shirokom diapazone dlin voln. Dlya bleska etih galaktik svoistvenna peremennost' s amplitudoi poryadka odnoi zvezdnoi velichiny i periodom ot neskol'kih dnei do neskol'kih nedel'. Takzhe inogda proishodyat moshnye vspyshki, blesk rezko uvelichivaetsya. Vcelom spektr pohozh na spektr kvazarov i eto yavlyaetsya eshe odnim argumentom v pol'zu nalichiya geneticheskoi svyazi mezhdu etimi dvumya tipami ob'ektov.
AYa vseh tipov harakterizuyutsya ochen' bol'shoi svetimost'yu i dlya seifertovskih galaktik eta velichina sostavlyaet primerno 1044 erg/sek, chto ravno svetimosti nashei Galaktiki, no u seifertov vsya eta energiya vydelyaetsya v oblasti diametrom okolo 1 pk (eto men'she, chem rasstoyanie ot Solnca do blizhaishei zvezdy)! Opticheskaya svetimost' dostigaet 1042erg/sek, a osnovnaya chast' energii obychno izluchaetsya v infrakrasnom diapazone i dlya galaktiki NGC 1068, kotoraya vhodila v chislo pervyh otkrytyh seifertovskih galaktik, sostavlyaet 21044erg/sek.
Prezhde chem perehodit' k drugim aktivnym vnegalakticheskim ob'ektam poprobuem, vnachale kratko, otvetit' na estestvenno voznikayushii vopros. Chto zhe yavlyaetsya istochnikom energii dlya stol' burnoi aktivnosti? Chto za "dvigatel'", zanimayushii menee 1 pk, vyrybatyvaet stol'ko energii?
Okonchatel'nogo otveta poka ne znaet nikto, no v rezul'tate dlitel'noi raboty teoretikov i nablyudatelei bylo vydeleno pyat' naibolee veroyatnyh modelei, kotorye my seichas i perechislim, chtoby v dal'neishih opisaniyah razlichnyh tipov aktivnosti v yadrah vnegalakticheskih ob'ektov my mogli ssylat'sya na eti modeli, a zatem nam bylo by udobnee rassmatrivat' ih bolee podrobno.
Istoricheski pervoi byla vydvinuta model', predpolagayushaya nalichie v centre galaktiki plotnogo massivnogo zvezdnogo skopleniya, v kotorom mnogo molodyh zvezd s bol'shoi svetimost'yu.
Vtoraya model' byla predlozhena otchasti po analogii s togda tol'ko otkrytymi pul'sarami. Soglasno etoi versii istochnikom yadernoi aktivnosti sluzhit svermassivnyi zvezdopodobnyi ob'ekt s moshnym magnitnym polem.
Tret'ya i chetvertaya modeli svyazany s takim zagadochnym i mnogoobeshayushim ob'ektom, kak chernaya dyra. V odnoi modeli predpolagaetsya nalichie odinochnoi chernoi dyry v centre galaktiki, a v drugoi vvoditsya sputnik chernoi dyry, i sistema stanovitsya pohozhei na horosho izvestnyi istochnik SS 433. V rezul'tate akkrecii, t.e. padeniya, veshestva na chernuyu dyru i vydelyaetsya vse eto ogromnoe kolichestvo energii. Vozmozhno takzhe sushestvovanie srazu dvuh chernyh dyr v yadre galaktiki.
Poslednyaya pyataya model' yavlyaetsya kak by sostavnoi i vklyuchaet v sebya poslednie dostizheniya fiziki (prezhde vsego teoreticheskoi), kotorye primenyayutsya k ob'yasneniyu processov v AYa. Sredi etih bezuslovno interesnyh idei prisutstvuyut "belye dyry", aksiony, magnitnye monopoli, struny, kvarki, gamma-pushki i mnogoe drugoe.
Takovy vkratce osnovnye idei, pytayushiesya ob'yasnit' aktivnost' galakticheskih yader, a my poka prodolzhim opisanie razlichnyh tipov etoi aktivnosti.
Drugim tipom galaktik s AYa yavlyayutsya radiogalaktiki. Oni opredelyayutsya kak galaktiki, u kotoryh svetimost' v radiodiapazone prevyshaet 1040erg/sek. Obychno eto bol'shie ellipticheskie galaktiki, raspolozhennye v centrah grupp i skoplenii.
Iz nih vydelyayutsya D-galaktiki, cD-galaktiki i N-galaktiki. Pervye iz nih eto galaktiki s protyazhennymi gazovymi obolochkami i moshnoi radiosvetimost'yu (poryadka 1043erg/sek). cD-galaktiki - gigantskie ellipticheskie radiogalaktiki. Obychno oni raspolagayutsya v centrah bogatyh skoplenii. Massa etih gigantov dostigaet 1013 mass solnca, absolyutnaya zvezdnaya velichina M=-24, a svetimost' v radiodiapazone 1045erg/sek. N-galaktiki (ot slova nuclear-yadernyi) yavlyayutsya galaktikami s ochen' yarkim yadrom i tumannoi obolochkoi. Oni byli otkryty v 1958g. B.A.Voroncovym- Vel'yaminovym. Seichas ih izvestno okolo 100. Dlya nih svoistvenna bol'shaya svetimost' v radiodiapazone (poryadka 1043erg/sek) i nalichie shirokih emissionnyh linii, sootvetstvuyushih skorostyam do desyati tysyach km/sek. V opticheskom diapazone oni imeyut absolyutnuyu zvezdnuyu velichinu okolo -21 (svetimost' poryadka 1044erg/sek). Opticheskoe izluchenie imeet neteplovoi harakter s izbytkom v goluboi chasti spektra i peremenno s periodom v neskol'ko let. Samaya blizkaya galaktika etogo tipa raspolozhena na rasstoyanii 100 Mpk ot Zemli, samaya dalekaya - 1000 Mpk (bolee treh milliardov svetovyh let!). Eto chrezvychaino redkie ob'ekty. Oni vstrechayutsya v million raz rezhe normal'nyh galaktik.
Dlya ponimaniya prirody radiogalaktik v pervuyu ochered' vazhna neobychnaya struktura ih izobrazhenii v radio diapazone. Galaktika, kotoraya v optike vidna kak bolee-menee obychnyi ob'ekt, v radio luchah predstaet pered nami v vide treh istochnikov. Central'nyi sovpadaet s yadrom galaktiki, a dva drugih raspolozheny simmetrichno po obe storony ot central'nogo, i rasstoyanie mezhdu nimi sostavlyaet obychno ot 0.1 Mpk do 1 Mpk. Eti dva "radiouha" chasto gorazdo moshnee istochnika, sovpadayushego s yadrom, i mogut imet' yarkie "goryachie pyatna". Eta osobennost' svyazana s takoi harakternoi chertoi radiogalaktik, kak dzhety (ili strui), kotorye b'yut iz yadra galaktiki.
Primerno simmetrichnye bipolyarnye (t.e. dvuhstoronnie) istecheniya veshestva nablyudayutsya i v mire zvezd u molodyh ob'ektov v plotnyh molekulyarnyh oblakah i u dvoinyh sistem s relyativistskim komponentom. V dvoinyh zvezdnyh sistemah dzhety ob'yasnyayutsya kak rezul'tat sverhkriticheskoi diskovoi akkrecii na kompaktnyi ob'ekt, a poskol'ku naibolee populyarnoi model'yu AYa yavlyaetsya massivnaya chernaya dyra, to i vnegalakticheskie dzhety obychno ob'yasnyayut temi zhe prichinami (hotya vozmozhny i drugie ob'yasneniya).
Dlya postroeniya modeli vybrosa nuzhno prezhde vsego ob'yasnit' dve veshi: vysokuyu stepen' kollimacii (t.e. fokusirovki) strui i mehanizm peredachi energii vdol' strui, razmer kotoroi mozhet byt' bol'she 1 Mpk, v etom sluchae elektrony v dzhete uspeyut vysvetit' vsyu svoyu energiyu, kotoruyu t.o. nuzhno budet kak to vospolnyat' (energiya mozhet izluchat'sya v vide sinhrotronnogo izlucheniya, poetomu nablyudaemyi spektr budet kak raz neteplovym).
Predlozheno mnogo teorii gidrodinamicheskogo obrazovaniya strui, a v poslednee vremya bol'shoe vnimanie privlekaet elektro-magnitnyi mehanizm obrazovaniya dzhetov iz-za raznosti potencialov poperek diska, pronizyvaemogo otkrytymi silovymi liniyami magnitnogo polya. Raznost' potencialov mozhet prevyshat' 1020 V i chasticy budut uskoryat'sya do relyativistskih skorostei.
Strogaya analiticheskaya model' strui eshe ne sozdana, poetomu bol'shaya chast' rezul'tatov poka poluchaetsya s pomosh'yu komp'yuternogo modelirovaniya, kotoroe v poslednie 20-30 let priobrelo ogromnoe znachenie dlya astronomii, i mnogo noveishih kraine interesnyh rezul'tatov v sovremennoi astrofizike byli polucheny blagodarya ispol'zovaniyu samyh sovremennyh mnogoprocessornyh superkomp'yuterov.
Fizika galaktik s AYa - perednii krai astrofiziki, gde ispol'zuyutsya i proveryayutsya noveishie fizicheskie teorii, i est' bol'shoi prostor dlya novyh fundamental'nyh idei, dlya ispol'zovaniya sovremennyh priborov i metodov nablyudeniya i komp'yuternogo modelirovaniya.
S.B.Popov (GAISh)
(Pererabotannaya versiya stat'i opublikovannoi v enciklopedii "Avanta+")
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
chernye dyry - Seifertovskaya galaktika - kvazary - dzhet - yadra aktivnyh galaktik - Yadra galaktik - Lacertidy - zvezdnoe skoplenie - Radiogalaktika
Publikacii so slovami: chernye dyry - Seifertovskaya galaktika - kvazary - dzhet - yadra aktivnyh galaktik - Yadra galaktik - Lacertidy - zvezdnoe skoplenie - Radiogalaktika | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
