<< 9.1 Galaktiki | Oglavlenie | 9.3 Eddingtonovskii predel >>
- 9.2.1 Osnovnye nablyudaemye svoistva
- 9.2.2 Mehanizmy aktivnosti galakticheskih yader
- 9.2.3 Model' akkrecii veshestva na sverhmasivnuyu chernuyu dyru
- 9.2.4 Prilivnoe razrushenie zvezd v okrestnostyah sverhmassivnoi chernoi dyry
9.2 Kvazary i aktivnye galakticheskie yadra.
Galaktiki otlichayutsya bol'shim raznoobraziem. Sredi nih vydelyayutsya galaktiki s aktivnymi yadrami, v kotoryh proishodit ogromnoe energovydelenie. K klassu aktivnyh yader galaktik otnosyatsya kvazary, seifertovskie galaktiki, radiogalaktiki, ob'ekty tipa BL Yashericy (lacertidy).
9.2.1 Osnovnye nablyudaemye svoistva
V 1960 g. byli obnaruzheny radioistochniki s malymi
uglovymi razmerami (menee 10 sek. dugi), kotorye
zatem byli otozhdestvleny so zvezdoobraznymi ob'ektami v
poticheskom diapazone
(kvazar - abbreviatura ot angl.
QUASi-stellAR Radiosource). V 1963 g. Marten Shmidt (M.Schmidt) snyal spektr
istochnika 3S 273. V spektre byli vidny shirokie emissionnye
linii Bal'merovskoi serii vodoroda i odnokratno ionizovannogo magniya
(Mg II) a krasnoe smeshenie
okazalos' 
(t.e. rasstoyanie do istochnika
Mpk). V nastoyashee vremya izvestno okolo 10 tys. kvazarov.
Osnovnye fenomenologicheskie svoistva kvazarov sleduyushie.
- Bol'shoe krasnoe smeshenie (dalekie ob'ekty) - rekord (1997) 4.98
- neteplovoi (stepennoi) nepreryvnyi spektr elektromagnitnogo izlucheniya vo vsem diapazone
dlin voln
- shirokie linii izlucheniya v razreshennyh liniyah (shirina do 2000 km/s)
i uzkie zapreshennye emissionnye linii (kak v gazovyh tumannostyah)
- peremennost' izlucheniya
na vremenah ot neskol'kih dnei do
neskol'kih mesyacev, otkuda ocenka na
harakternyi razmer izluchayushei oblasti
sm 
pk (Zamechanie: nailuchshee ogranichenie na razmer
izluchayushei oblasti v kvazarah polucheno v 1989 g. iz nablyudenii mikrolinzirovaniya
kvazarov i sostavlyaet 
sm - vsego 60 astronomicheskih edinic!)
- ogromnaya svetimost'
erg/s
(dlya sravneniya: polnaya svetimost' gigantskoi spiral'noi galaktiki
tipa nashei
erg/s)
- chasto vokrug kvazara vidna "hozyaiskaya" (host) galaktika
razlichnoi morfologii (ellipticheskaya ili spiral'naya). Dovol'no chasto
aktivnye yadra nablyudayutsya vo vzaimodeistvuyushih (slivayushihsya)
galaktikah
- chasto nablyudayutsya truinye vybrosy (dzhety)
chastic s relyativistskimi skorostyami (do 0.99 s), vidimye
v radiodiapazone do rasstoyanii v neskol'ko megaparsek.
Shozhie svoistva (neskol'ko v men'shem masshtabe) nablyudaetsya ot aktivnyh yader galaktik (radiogalaktiki, Seifertovskie galaktiki, ob'ekty tipa BL Yashericy (lacertidy)). Vysokaya svetimost' i kompaktnost' izluchayushei oblasti opredelyayut fizicheskoe sostoyanie veshestva vblizi centra kvazara.
Primer: ocenim
plotnost' izlucheniya na harakternom rasstoyanii
cm ot centra kvazara so svetimost'yu 
erg/s:
erg/sm
-
na mnogo poryadkov bol'she plotnosti energii reliktovogo izlucheniya
(
erg/sm) ili uf-izlucheniya zvezd v Galaktike
(
erg/sm).
Aktivnye galaktiki i kvazary sostavlyayut otnositel'no nemnogochislennyi
podklass ob'ektov (inymi slovami stadiya aktivnosti kvazara ili yadra
galaktiki mnogo men'she habblovskogo vremeni
let). Ih prostranstvennaya plotnost':
Obychnye galaktiki .......................... 
na kub. Mpk
Seifertovskie galaktiki .................... 
na kub. Mpk
Radiogalaktiki ......................... 
na kub. Mpk
Kvazary .......................... 
na kub. Mpk
Po sovremennym predstavleniyam, fenomen aktivnosti galakticheskogo yadra
svyazan s opredelennoi fazoi evolyucii galaktik, u kotoryh v centre
obrazovalis' sverhmassivnye chernye dyry. Maksimal'nyi temp formirovaniya
takih galaktik prihodilsya na epohu, harakterizuemuyu krasnym smesheniem
.
9.2.2 Mehanizmy aktivnosti galakticheskih yader
Istoricheski bylo predlozheno tri osnovnyh mehanizma generacii energii v kompaktnoi oblasti v centre galaktik:
- Vspyshki Sverhnovyh zvezd v kompaktnom zvezdnom skoplenii
v centre galaktiki. Ot etoi modeli bystro otkazalis'
posle otkrytiya peremennosti izlucheniya yader.
- Sverhmassivnaya zvezda, ravnovesie kotoroi podderzhivaetsya
vrasheniem i magnitnym polem. Predskazyvaet periodichnost'
izlucheniya (ne nablyudaaetsya) i imeet problemy s
ustoichivost'yu takoi konfiguracii.
Akkreciya (padenie, ot lat. "accretio", natyagivayu) veshestva na sverhmassivnuyu
chernuyu dyru
Poslednyaya model' naibolee razrabotana, v ee ramkah polucheno ob'yasnenie mnogim nablyudatel'nym svoistvam (vysokaya svetimost', kompaktnost', spektr). Rassmotrim ee bolee podrobno, tak kak na ee primere vidna vazhnaya rol' akkrecii veshestva na gravitiruyushii centr v astrofizike voobshe.
9.2.3 Model' akkrecii veshestva na sverhmasivnuyu chernuyu dyru.
Vozniknovenie massivnyh chernyh dyr v centrah galaktik sleduet iz obshih evolyucionnyh soobrazhenii, kotorye my za otstutstviem mesta ne obsuzhdaem. V 1997 g. v centrah primerno 10 galaktik nablyudayutsya sverhmassivnye chernye dyry:
M87 -
NGC 3115 - 
NGC 4486 -
NGC 4594 (Sombrero) -
NGC 3377 -
NGC 3379 -
NGC 4258 -
M31 (Andromeda) -
M32 -
Massy chernyh dyr opredeleny iz nablyudenii dvizheniya
zvezd i gaza v centre galaktik s pomosh'yu kosmicheskogo teleskopa im.
Habbla (dvizheniya zvezd vblizi
chernoi dyry podchinyayutsya teoreme viriala
, 
, otkuda dispersiya skorostei zvezd
ili krugovaya skorost' vrasheniya gaza
na rasstoyanii 
ot centra galaktiki
.
Opredelyaya po effektu Dopplera skorosti na uglovom rasstoyanii
ot centra galaktiki i znaya rasstoyanie do galaktiki,
poluchaem ocenku massy central'noi chernoi dyry.
Massa chernoi dyry v centre nashei Galaktiki poryadka
takzhe opredelena po precizionnomu izmereniyu
dvizheniya zvezd (t.k. centr Galaktiki
neprozrachen v opticheskih luchah, izmereniya provodilis' v IK-diapazone).
9.2.3.1 Effektivnost' akkrecii veshestva na chernye dyry
Kak izvestno, chernaya dyra opisyvaetsya
vsego tremya parametrami: massoi 
(Shvarcshil'dovskaya chernaya dyra),
momentom impul'sa 
(Kerrovskaya chernaya dyra) i
elkektricheskim zaryadom 
(chernaya dyra Kerra-N'yumana).
Gorizont sobytii Shvarcshil'dovskoi chernoi dyry (t.n.
gravitacionnyi ili Shvarcshil'dovskii radius)
V N'yutonovskom priblizhenii
pri padenii veshestva na tyagoteyushee telo massy M s radiusom R
na gramm veshestva vydelyaetsya gravitacionnaya energiya
, to
moshnost' vydelyaemoi energii
gde
- effektivnost' energovydeleniya na gramm
veshestva.
Esli u tela est' poverhnost' (naprimer, zvezda),
gravitacionnaya energiya vydelyaetsya pri udare ot poverhnost'.
No u chernoi dyry net poverhnosti - chtoby vydelilas' gravitacionnaya energiya,
trebuyutsya special'nye rezhimy padeniya. Naprimer, pri strogom sfericheski-
simmetrichnom rezhime padeniya na chernuyu dyru effektivnost'
energovydelenyai polnost'yu opredelyaetsya fizicheskimi usloviyami
v padayushei plazme (plotnost', temperatura, magnitnoe pole) i
kak pravilo ochen' nizka, 
. V real'nyh astrofizicheskih
usloviyah plazma kak pravilo obladaet otlichnym ot nulya momentom
impul'sa 
, poetomu pri dvizhenii v pole tyagoteyushego tela
poyavlyaetsya centrobezhnyi bar'er,
.
Dlya ego preodoleniya
veshestvo dolzhno otdat' moment impul'sa.
Dlya etogo neobhodimo, chtoby (1)
gaz v diske vrashalsya differencial'no i (2) sushestvoval effektivnyi mehanizm
vyazkosti mezhdu sosednimi sloyami. Pevoe trebovanie avtomaticheski vypolnyaetsya
prakticheski vsegda, t.k. probnaya chastica s nenulevym momentom impul'sa dvizhetsya
v pole tyagoteniya po keplerovskoi orbite. Dlya dvizheniya po krugovoi
Keplerovskoi orbite s radiusom
tangencial'naya skorost'
, krugovaya chastota
, poetomu voznikayut otlichnye ot nulya sdvigovye
napryazheniya
.
Esli koefficient dinamicheskoi vyazkosti 
otlichen ot nulya, to
voznikayut vyazkie napryazheniya (t.e. sila treniya, deistvuyushaya na edinicu
ploshadi)
. Po teoreme iz mehaniki otlichnyi ot
nulya moment vyazkih sil, deistvuyushih na kol'co radiusa , privodit k
izmeneniyu ego momenta impul'sa. Mehanizm vyazkosti v akkrecionnyh diskah
okonchatel'no ne vyyasnen, odnako naibolee veroyatno, chto vyazkost'
svyazana s turbulentnymi dvizheniyami plazmy v differencial'no vrashayushemsya
gazovom diske.
Takim obrazom, pri nalichii vyazkosti moment impul'sa peredaetsya vyazkimi napryazheniyami po radiusu vdol' diska naruzhu, pri etom veshestvo nachinaet medlenno priblizhat'sya k central'nomu telu. Iz-za sil treniya gaz razogrevaetsya do vysokih temperatur, i osvobozhdaemaya gravitacionnaya energiya pererabatyvaetsya v elektromagnitnoe izluchenie. Takie diski (s vyazkost'yu, v otlichie, naprimer, ot kolec Saturna) nazyvayutsya akkrecionnymi. Oni voznikayut v dvoinyh zvezdnyh sistemah pri peretekanii veshestva s odnoi zvezdy na druguyu (takie yavleniya vozmozhny pri evolyucionnom rasshirenii odnoi iz zvezd). Akkrecionye diski takzhe mogut obrazovat'sya vblizi sverhmassivnoi chernoi dyry v centre aktivnoi galaktiki ili kvazara. Veshestvo dlya diska postavlyaetsya zvezdami, razrushayushimisya prilivnymi silami pri proletah vblizi chernoi dyry. Poskol'ku moment impul'sa zvezd otnositel'no chernoi dyry nenulevoi (osobenno v spiral'nyh galaktikah), veshestvo obrazuet disk (v nastoyashee vremya gazo-pylevye diski malyh razmerov v yadrah galaktik neposredstvenno nablyudayutsya v opticheskom i IK-diapazonah s borta kosmicheskogo teleskopa im. Habbla i krupnymi nazemnymi teleskopami).
Polnaya svetimost' akkrecionnogo diska ne zavisit ot mehanizma vyazkosti
i opredelyaetsya granichnymi usloviyami - tempom vtekaniya veshestva v disk,
, radiusom vnutrennei granicy diska 
i znacheniem udel'nogo
momenta impul'sa na vnutrennei granice9.1.
Esli veshestvo v diske dvizhetsya
po Keplerovskim orbitam vplot' do samoi vnutrennei granicy, ego polnaya
svetimost'
. Pri akkrecii na chernuyu dyru
vnutrennii radius diska opredelyaetsya poslednei ustoichivoi Keplerovskoi
orbitoi9.2. Eto oznachaet, chto
pri men'shih rasstoyaniyah do tyagoteyushego centra orbita perestaet byt'
zamknutoi i probnaya chastica padaet na tyagoteyushii centr za vremya svobodnogo
padeniya. V sluchae nevrashayusheisya chernoi dyry, opisyvayusheisya metrikoi
Shvarcshil'da v OTO, 
, gde 
- gravitacionnyi radius.
Dlya chernyh dyr s otlichnym ot nulya momentom impul'sa radius ustoichivoi orbity
v kvatorial'noi ploskosti men'she treh grav. radiusov i priblizhaetsya k
dlya predel'no vrashayusheisya Kerrovskoi chernoi dyry.
Energovydelenie v diske chasto zapisyvayut v vide
-
effektivnost' pererabotki energii pokoya v elektromagnitnuyu.
V akkrecionnyh diskah eta velichina
rekordno vysoka: 
pri akkrecii na
Shvarcshil'dovskuyu chernuyu dyru ili na neitronnuyu zvezdu solnechnoi
mascy s radiusom okolo 10 km, i dostigaet 
pri
akkrecii na kerrovskuyu predel'no vrashayushuyusya chernuyu dyru.
(Dlya sravneniya: v himicheskih reakciyah (gorenie drov,
vzryv trotila)
, v termoyadernyh reakciyah
(vodorodnaya bomba, nedra zvezd) "vsego" 
!).
Mozhno skazat', chto akkrecionnye diski - ochent effektivnye "mashiny"
po pererabotke gravitacionnoi energii v izluchenie.
Spektry vyhodyashego izlucheniya iz akkrecionnyh diskov vokrug sverhmassivnyh chernyh dyr v centrah aktivnyh galaktik i kvazarov v celom horosho opisyvayut nablyudaemoe raspredelenie energii. Ostaetsya nereshennym vopros o formirovanii uzkokollimirovannyh relyativistskih dzhetov iz yader galaktik i kvazarov. Po-vidimomu, sushestvennuyu rol' v formirovanii takih vybrosov igraet magnitnoe pole, obyazatel'no prisutstvuyushee v plazme. Dzhet mozhet formirovat'sya libo v okrestnosti vrashayusheisya chernoi dyry , okruzhennoi akkrecionnym diskom s magnitnym polem (pri etom izvlekaetsya energiya vrasheniya chernoi dyry, tak nazyvaemyi mehanizm Blendforda-Znaeka), libo pri magnitogidrodinamicheskom istechenii veshestva iz vnutrennih chastei akkrecionnogo diska. Otlichitel'nym svoistvom dzheta, formiruemogo mehanizmom Blendforda-Znaeka, dolzhna byt' generaciya elektronno-pozitronnoi plazmy. Poka ne naideno vozmozhnosti razlichit' eti mehanizmy.
9.2.4 Prilivnoe razrushenie zvezd v okrestnostyah sverhmassivnoi chernoi dyry
Gaz v akkrecionnyi disk mozhet popadat' razlichnymi putyami: eto
mozhet byt' mezhzvezdnyi gaz iz diska galaktiki, diffundiruyushie
pod deistviem dinamicheskogo treniya gigantskie molekulyarnye oblaka,
zvezdy, razorvannye prilivnymi silami chernoi dyry. Rassmotrim
poslednii process (Hils, 1975). Pust' imeetsya zvezda s massoi 
i radiusom 
, srednyaya plotnost' zvezdy
.
Kachestvenno, zvezda razrushaetsya prilivnymi silami, esli uskorenie svobodnogo
padeniya na poverhnosti 
stanovitsya men'she
prilivnogo uskoreniya so storony chernoi dyry s massoi 
:
, gde d - rasstoyanie ot zvezdy do chernoi dyry.
Razryv nastupaet na kriticheskom rasstoyanii (nazyvaemom prilivnym
radiusom):
.
Ochevidno, gorizont (gravitacionnyi radius) chernoi dyry zavisit
lineino ot massy
, bystree chem prilivnoi radius
. Pri masse chernoi dyry
eti radiusy sravnivayutsya, a znachit zvezdy budut peresekat' gorizont sobytii chernoi dyry ne razrushayas', lishaya akkrecionnyi disk podpitki gazom (hotya konechno, ostayutsya inye mehanizmy podpitki). Takim obrazom, esli zvezdy yavlyayutsya osnovnymi postavshikami veshestva dlya aktivnogo galakticheskogo yadra, rost chernoi dyry znachitel'no zamedlyaetsya pri masse okolo
.
Dlya harakternyh tempov akkrecii okolo 1 
v god
(sm. nizhe)
vremya sushestvovaniya maksimal'noi aktivnosti yadra galaktiki
t.o. mozhet byt' okolo 100 mln. let.
<< 9.1 Galaktiki | Oglavlenie | 9.3 Eddingtonovskii predel >>
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
zvezdy - Mezhzvezdnaya sreda - Kosmologiya - teoreticheskaya astrofizika - astrofizika
Publikacii so slovami: zvezdy - Mezhzvezdnaya sreda - Kosmologiya - teoreticheskaya astrofizika - astrofizika | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
