Активные ядра галактик

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Активные ядра галактик — ядра галактик, наблюдаемые процессы в которых не удается объяснить свойствами находящихся в них звезд и газово-пылевых комплексов.

Активная гигантская эллиптическая галактика M87. Из центра галактики вырывается релятивистская струя (джет)

Считают, что ядро галактики имеет признаки активности, если[1]:

  1. Спектр электромагнитного излучения объекта гораздо шире спектра обычных галактик и может простираться от радио- до жёсткого гамма-излучения.
  2. Наблюдается «переменность» — изменение «мощности» источника излучения в точке наблюдения. Как правило, это происходит с периодом от 10 минут в рентгеновском диапазоне и до 10 лет в оптическом и радио диапазонах.
  3. Имеются особенности спектра излучения, по которым можно судить о перемещении горячего газа с большими скоростями.
  4. Есть видимые морфологические особенности, в том числе, выбросы и «горячие пятна».
  5. Имеются особенности спектра излучения и его поляризации, по которым можно судить, в том числе, о наличии магнитного поля и его структуре.

Активная галактика — галактика с активным ядром. Такие галактики подразделяются на: сейфертовские, радиогалактики, лацертиды и квазары. В настоящее время принято считать, что в центре активной галактики находится массивный компактный объект, скорее всего, — чёрная дыра, которая и является причиной повышенной интенсивности излучения, особенно, в рентгеновском диапазоне. Из ядер таких галактик, обычно, вырывается релятивистская струя (джет). Отличительной чертой многих активных галактик является переменное (от нескольких дней до нескольких часов) рентгеновское излучение. Есть мнение, что квазары, сейфертовские галактики, радиогалактики и блазары — одно и то же, но видимое с Земли с разных точек зрения[2]. Есть указания на то, что вращающаяся галактика становится активной периодически, то есть активность — это не свойство галактики, а её состояние.

Модели АЯГ[править | править исходный текст]

На данный момент доподлинно неизвестно, что является причиной необычного поведения активных ядер. Дискутируются следующие версии:

  1. Активность ядра связывают со вспышками сверхновых звёзд. В этом случае вспышка сверхновой может стать стартовым механизмом, освобождающим энергию, запасённую во всей области ядра. Регулярно протекающие в ядре вспышки сверхновых могут объяснить наблюдаемую энергетику ядер. Но некоторые наблюдаемые в радиогалактиках явления (выбросы вещества в виде струй релятивистской плазмы), говорящих об упорядоченной структуре магнитного поля ядра, объяснить не могут.
  2. Активность ядра создаётся массивным звёздоподобным объектом с сильным магнитным полем. Тут прослеживается аналогия с пульсарами. Главной проблемой тут, как можно понять, является сам объект.
  3. Активность ядра со сверхмассивной чёрной дырой (от 106 до 109 масс Солнца) — наиболее общепринятая на сегодняшний день теория.

Аккреционный диск[править | править исходный текст]

Основная статья: Аккреционный диск

В стандартной модели АЯГ аккреционный диск (АД) формирует вещество, находящееся вблизи центральной чёрной дыры (ЧД). В отсутствие трения, баланс силы тяжести, создаваемой массой центрального тела, и центробежной силы приводит к кеплеровскому вращению. При этом, угловая скорость вращения вещества с удалением от центра падает (дифференциальное вращение). В аккреционных дисках давление газа не мало. Дифференциальное вращение газа порождает трение, которое нарушает кеплеровское вращение, превращает энергию упорядоченного движения в энергию турбулентности, а затем — в тепло. В турбулентном газе возникает турбулентный и упорядоченный радиальный поток, который, с одной стороны, — выносит угловой момент вращения наружу, а, с другой стороны, — способствует превращению гравитационной энергии в энергию турбулентности. Оба эффекта приводят к значительному нагреву аккреционного диска, что и является причиной его теплового излучения. Теоретически, спектр излучения аккреционного диска вокруг сверхмассивной ЧД должен иметь максимумы в оптическом и ультрафиолетовом диапазонах. А корона из горячего материала, приподнятого над АД, может вызывать возникновение рентгеновских фотонов за счёт эффекта обратного комптоновского рассеяния. Мощное излучение АД возбуждает холодные частицы межзвёздной среды, что обуславливает эмиссионные линии в спектре. Большая часть энергии, излучаемой непосредственно АЯГ, может поглощаться и переизлучаться в ИК (и других диапазонах) окружающей АЯГ пылью и газом.

Периодическая активизация ядер галактик[править | править исходный текст]

Известны многочисленные косвенные свидетельства того, что вращающиеся галактики периодически оказываются в возбужденном состоянии, проявляющимся в активизации их ядер[3][4][5][6]. На бывшие в прошлом периоды активности галактик, спокойных в настоящее время, указывает — радиальное движение газа, выброшенного из ядра; данные о металличности звезд, свидетельствующие о том, что процессы звездообразования носят не стационарный, а периодический характер; нерегулярный характер струевидных выбросов[7][8]. Наблюдаемые в центре нашей Галактики быстрорасширяющиеся кольцевые структуры на расстояниях 3 кпк и 2.4 кпк и комплекс молекулярных облаков на удалении 300 пк от центра, также свидетельствуют в пользу такого предположения. Неравномерное распределение вещества в радиусе 2 пк от центра, могло быть результатом мощного взрыва, возникшего в центре Галактики примерно 105 лет назад[9].

Общей особенностью кривых вращения галактик различных типов является наличие в них центральной области, вращающейся почти с постоянной угловой скоростью, вне которой линейная скорость вращения галактического диска меняется незначительно. Флуктуационный поток вещества, притягиваемого массивным центром, приводит к его поступлению в центральную область. Однако, во вращающемся турбулентном газе, может развиваться гиротурбулентная неустойчивость[10]. На границе центральной области могут возникать гиротурбулентные автоколебания, под действием которых вещество падает на центр не непрерывно, а порциями. Колебания такого типа известны в физике атмосферы как "цикл индекса". В них под действием турбулентной силы Кориолиса происходит периодический обмен энергией между упорядоченной и турбулентной компонентами кинетической энергии. В[11] дана оценка периода таких колебаний ~23.7/ \omega, где ~\omega — угловая скорость вращения газа. В таком случае дисковой структуре размером в 800 пк, вращающейся с угловой скоростью 10−14 с−1, наблюдаемой в центре нашей Галактики, будет соответствовать рекуррентная активизация ядра с периодом порядка 68 млн лет. Периодическое поступление вещества в центр объясняет и неоднородность струй, вытекающих по оси вращения активных галактик.

Состояние проблемы АЯГ (по В. И. Пронику)[править | править исходный текст]

Общепринятая модель АЯГ состоит из вращающейся массивной центральной чёрной дыры и окружающего её аккреционного газового диска, являющегося источником мощного ионизирующего излучения. Эта модель качественно объясняет наблюдаемую корреляцию потоков в непрерывном спектре и широких водородных линиях, а также существование запаздывания между ними. Таким образом, проблема АЯГ сводится к двум основным вопросам: каков механизм излучения непрерывного спектра и каким именно образом это излучение перерабатывается в излучение других спектральных диапазонов. Наблюдаемое в КрАО[12] и зарубежных обсерваториях запаздывание длинноволнового излучения континуума по отношению к коротковолновому может свидетельствовать о том, что свечение большинства АЯГ обусловлено сильным трением и разогревом газа в аккреционном диске. Но надёжного доказательства этому до сих пор нет. С другой стороны, свечение особой группы АЯГ — объектов типа BL Lacertae, может быть обусловлено, как свидетельствуют наблюдения, выполненные крымскими и финскими астрономами, исключительно синхротронным излучением релятивистского газового джета, направленного вдоль оси вращения диска по направлению к наблюдателю. Многолетний спектральный мониторинг АЯГ, проводимый некоторыми зарубежными обсерваториями, а также КрАО (с конца 1980-х годов), совместно с развитием метода реверберационного анализа позволил предположить, что излучение широких эмиссионных линий водорода возникает в газовых облаках, двигающихся по кеплеровским орбитам примерно в одной плоскости и образующих внешний диск. Но общего согласия среди специалистов по этому поводу пока нет. В последнее время в мировых исследованиях особое внимание уделяется изучению взаимосвязи между излучением АЯГ в рентгеновском и оптическом диапазонах. Такая работа проводится и в КрАО. Согласно данным крымских астрономов, источник рентгеновского излучения должен находиться в центре над диском, переизлучающим эту энергию в видимой области спектра. Результаты этих и других исследований опубликованы в книге, содержащей материалы проведённой в КрАО конференции «Переменность АЯГ от рентгена до радио» (Astronomical Society of the Pacific Conference Series, ASPCS, vol.360). Несмотря на определённый прогресс, достигнутый в изучении АЯГ, многие проблемы и задачи остаются нерешёнными, например, такие как объяснение переменности профилей широких водородных линий, природа их «двугорбости» в некоторых АЯГ, кинематика и динамика газа в области диска, повышение точности определения масс центральных чёрных дыр.

См. также[править | править исходный текст]

Примечания[править | править исходный текст]

  1. С. Б. Попов. Активные ядра галактик\\Проект «Научная Сеть»
  2. Астрономия XXI века -А-. Проверено 9 января 2014. Архивировано из первоисточника 9 января 2014.
  3. Burbridge G. R., Burbridge E. M., Sandage A. R. Evidence for the occurence of violent events in the nucley of galaxies//Rev. Mod. Phys.—1963.—35.—p.947-972.
  4. Oort J. H. The galactic center// Ann. Rev. Astron. Astrophys.—1977.—15.—p.295-362.
  5. Гаген-Торн В. А., Шевченко И. И. Оптическая переменность и радиоструктура внегалактических источников. Свидетельство рекуррентной активности// Астрофизика.—1982.—18.—С.245-254.
  6. Van den Bergh S. Explosions in galaxies// Vistas in Astronomy.—1978.—22.—p.307-320.
  7. Марсаков В. А., Сучков А. А. Функция металличности шаровых скоплений: свидетельство о трех активных фазах в эволюции галактик// Письма в Астрон. Журн.-1976.-2.-С.381-385.
  8. Птускин В. С., Хазан Я. М. Галактический центр и происхождение космических лучей// Астрон. журн.—1981.—58.—С.959-968.
  9. Gensel R. Tounes C. H. Physical conditions, dynamics and mass distribution in the Galaxy// Ann. Rev. Astron. Astrophys.—1987.—25.—p.377-423.
  10. Кригель А. М. Неустойчивость струйного течения в турбулентной вращающейся неоднородной жидкости // Журн. Технической Физики.—1985.—55.—№ 2.—С.442—444.
  11. Кригель А. М. О природе периодической активизации вращающихся галактик // Астрофизика.—1991.—35.—С.85-96.
  12. Крымская Астрофизическая Обсерватория

Литература[править | править исходный текст]