Aktivnye yadra galaktik
10.08.2000 22:30 | S. B. Popov/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 1042 erg/sek,
a osnovnaya chast' energii obychno
izluchaetsya v infrakrasnom diapazone i dlya
galaktiki NGC 1068, kotoraya vhodila v
chislo pervyh otkrytyh seifertovskih galaktik,
sostavlyaet 2 1044 erg/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
1040 erg/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 1043 erg/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 1045 erg/sek.
N-galaktiki (ot slova
nuclear-yadernyi) yavlyayutsya galaktikami s ochen' yarkim
yadrom i tumannoi obolochkoi. Oni byli otkryty v 1958 g.
B.A.Voroncovym-Vel'yaminovym.
Seichas ih izvestno okolo 100. Dlya nih svoistvenna
bol'shaya svetimost' v radiodiapazone
(poryadka 1043 erg/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 1044 erg/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)
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
chernye dyry - galaktika - Yadra galaktik - yadra aktivnyh galaktik - kvazary - Seifertovskaya galaktika - Lacertidy - zvezdnoe skoplenie
Publikacii so slovami: chernye dyry - galaktika - Yadra galaktik - yadra aktivnyh galaktik - kvazary - Seifertovskaya galaktika - Lacertidy - zvezdnoe skoplenie | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
