Какова природа активности галактик кратко

Обновлено: 07.07.2024

Прежде чем перейти к краткому изложению сущест­вующих теорий, еще раз перечислим, какие же свойства активных ядер должны быть объяснены в первую оче­редь.

2. Эта энергия должна выделяться в источнике раз­мером не больше 0,1 пс, так как иначе возникают труд­ности с объяснением переменности излучения со време­нем.

3. Энергия, вырабатываемая в ядре, должна за счет того или иного механизма излучаться с высоким КПД и передаваться без больших потерь на громадные рас­стояния в области, где наблюдаются протяженные ра­диокомпоненты. Таким агентом-носителем энергии, ско­рее всего, служат заряженные частицы, ускоренные до очень высоких энергий (миллиарды электрон-вольт).

Теперь о существующих моделях и теориях, претен­дующих на объяснение феномена активности ядер.

Расчеты показывают, что при размере скопления около 5•10 17 см и числе звезд в нем с массой около сол­нечной примерно 4•10 7 они часто сталкиваются. При этом может происходить слипание отдельных звезд в сгустки массой около 50 масс Солнца. А дальше сцена­рий повторяется: массивные звезды будут быстро взры­ваться как сверхновые. Если частота таких вспышек до­стигает 100 в год, то их суммарного энерговыделения в принципе хватает, чтобы объяснить феномен КЗО.

После эры активного рождения звезд и взрывов сверхновых в скоплении останутся много белых карли­ков и нейтронных звезд. Последние, как известно, явля­ются пульсарами — быстровращающимися объектами диаметром всего 10 км и с очень сильными магнитными полями (порядка 10 11 —10 12 Гс). Один молодой пульсар с периодом вращения в несколько долей секунды обладает запасом энергии в 10 53 эрг, расходуя ее в течение миллионов лет в виде электромагнитного излучения и потоков космических лучей. Постепенно тормозясь, пульсары часть своей энергии вращения тратят в виде электромагнитного излучения (до 10 39 эрг/с). Поэтому не удивительно, что существуют гипотезы, в которых рассматривается модель активного ядра как скопления пульсаров.

Если в скоплении нейтронных звезд и белых карли­ков остался еще и газ, то даже эти очень компактные звезды постепенно будут в нем тормозиться. Скопление будет все больше сжиматься, и на некотором этапе его члены опять начнут сталкиваться и разрушаться, при этом выделяя свою кинетическую энергию в виде излу­чения и ударных волн.

В конце концов в центре бывшего плотного звездно-газового скопления может образоваться единое массив­ное (10 6 масс Солнца) образование, получившее назва­ние сверхзвезды.

Массивная сверхзвезда. Такое решение проблемы активности ядер предложили в 1963 г. Ф. Хойл и У. Фаулер. Газовая сверхзвезда массой 10 6 —10 8 масс Солн­ца и температурой около 10 6 К удерживается от грави­тационного сжатия уже не газовым давлением (как обычные звезды), а в основном давлением излучения. Как показали расчеты, такое образование быстро высве­тит запасы своей тепловой энергии (за несколько десят­ков лет) и должно начать неудержимо сжиматься, если этому не воспрепятствует вращение сверхзвезды. По мере ее остывания и сжатия вращение будет убыстрять­ся, и через несколько тысяч лет с экватора начнется сильное истечение вещества. Кроме того, в сверхзвезде могут возникнуть внутренние турбулентные движения, которые также мешают сжатию.

Однако и для массивного пульсара существует труд­ность с объяснением времени жизни такого образова­ния: под действием силы гравитации внешние слои га­зового тела будут продолжать неудержимо сжиматься но мере уменьшения температуры в его центре и ослаб­ления потока излучения, идущего изнутри и препятст­вующего сжатию. Чтобы противостоять силам тяготе­ния, необходим постоянный подогрев сверхзвезды, кото­рый будет увеличивать в ней внутренние скорости дви­жения газа. И в принципе возможности для этого есть, не надо забывать, что ядро находится не в пустоте, а окружено гигантской газовой (протогалактика) или звездной (галактика) системой. Достаточно плотные об­лака газа или звезды (или и то, и другое вместе), дви­гаясь но сильно вытянутым орбитам вокруг ядра, до­вольно часто будут попадать в центральную сверхзвез­ду. Скорость влета может достигать, по оценкам, не­скольких десятков тысяч километров в секунду (при массе сверхзвезды 10 8 солнечных и размере около 0,01 пс).

Если звезда с массой порядка солнечной влетает в сверхзвезду с такой скоростью, то при этом может вы­делиться энергия порядка 10 52 эрг. Для объяснения излучения квазаров надо, чтобы со сверхзвездой пример­но в одно и то же время столкнулись 100—1000 звезд или газовых облаков. Непрерывно атакуемая такими снарядами сверхзвезда, естественно, не может остыть и поэтому долгое время не сжимается.

Рано или поздно (в зависимости от подогрева) сверх­звезда все же остынет, и силы гравитации снова нач­нут ее сжимать. Общая теория относительности пред­сказывает, что со временем массивная слабовращающаяся и остывшая сверхзвезда превратится в черную ды­ру — уйдет под свой гравитационный радиус. Так что не исключено, как думают некоторые астрофизики, что в ядрах галактик находятся и массивные черные ды­ры — удивительные объекты, обнаружение которых от­крыло бы новую страницу в Великой книге Природы.

Черная дыра. Мы уже говорили, что излучение от черной дыры не может попасть к наблюдателю: оно должно удерживаться под гравитационным радиусом силами тяготения. Как же тогда излучают (да еще так активно!) черные дыры в ядрах галактик?

Такая конфигурация диска может способствовать возникновению анизотропии излучения. Область пере­хода толстого диска к тонкому служит как бы вогну­тым зеркалом прожектора, излучение которого направ­лено в разные стороны по оси вращения черной дыры. Таким образом, в моделях с черной дырой можно в принципе объяснить направленность излучения.

Такие оценки, примененные к ядру ближайшей к нам галактики — Туманности Андромеды привели к выводу, что если там и есть черная дыра, то с массой меньше 1000 солнечных. Схожий вывод был сделан для ядра Туманности Андромеды исходя из определенных по спектрам скоростей вращения газа в пределах 1 пс от центра. Этой маломассивной черной дыры совершенно недостаточно, чтобы обеспечить наблюдаемое энерговы­деление активных ядер. Однако интересно, что как раз в Туманности Андромеды активного (даже по отноше­нию к нашей Галактике) ядра и не существует.

Конечно, кроме перечисленных выше гипотез о при­роде активности в ядрах галактик, выдвигались и дру­гие. Мы на них останавливаться не будем, хотя и не исключено, что именно среди них, может быть, есть и правильная. Вполне возможно также, что активность ядер и квазаров на разных фазах своей эволюции, под­держивается разными способами, и на разных этапах работают различные механизмы. На сегодняшний день можно только, сказать, что предпочтение надо отдавать гипотезам, в которых ядро является продуктом жизне­деятельности всей системы и его активность поддержи­вается опять-таки запасами вещества и потенциальной энергии всей системы. А на вопросы, каким именно об­разом энергия, накопленная во всей системе (протогалактике или галактике), передается ядру, каким спосо­бом .эта энергия трансформируется и за счет какого ме­ханизма превращается в мощное излучение и выбросы вещества, — ответят будущие наблюдения.

Что же нового узнали астрофизики о Метагалакти­ке с помощью квазизвездных объектов? Какова роль последних в создании современных космологических мо­делей?

Что такое активные галактики? Кратко


У активных галактик есть яркие ядра, которые испускают удивительно мощное излучение, затмевая при этом все свои звезды. Их свечение настолько яркое, что мы видим их с огромных расстояний. Свет от них порой достигает Земли более чем за 13 миллиардов лет.

Считается, что в их ядрах находятся сверхмассивные черные дыры, которые провоцируют падение на них звезд и межзвездного газа. Вокруг галактического ядра образуется диск из вещества, по спирали приближающегося к ядру и в конце концов падающего на него. При этом материя невероятно сильно нагревается и испускает мощнейшее излучение. В то же время перпендикулярно к диску в пространство несутся два потока (джета) частиц, простираясь на тысячи световых лет.

Существуют разные виды активных галактик, например, квазары, сейфертовские галактики, блазары и т. д. Тем не менее астрономы считают, что все это — одни и те же объекты, на которые мы смотрим под разными углами. Например, блазар — это активная галактика, один из джетов которой направлен на Землю.

Активная галактика — это галактика имеющая активное ядро. Их исследованию в на­стоящее время уделяют особое внимание.

Радиогалактики

У радиогалактик мощность радиоизлучения вдвое превыша­ет мощность излучения в видимом диапазоне и в миллион раз больше мощности обычной галактики в радиодиапазоне. При этом спектр радиоизлучения нетепловой, т. е. радиоизлучение образуется при движении быстрых электронов в магнитных полях.

В радиогалактиках часто наблюдаются выбросы вещества сложной структуры, масса которых может достигать 10 M☉. Природа этих выбросов, требующих энергии порядка 10 46 Дж, что соответствует излучению Галактики за миллиард лет, и источники такой энергии пока неясны.

Самые слабые радиоисточники — это спиральные и эллиптические галактики (мощностью излучения 10 32 и 10 35 Вт в диапазоне дециметровых волн, что на 3—5 порядков меньше, чем мощность излучения в видимом свете).

Рентгеновское излучение

Квазары

В 1963 г. были обнаружены квазизвёздные ра­диоисточники — квазары. Сначала их назвали радиозвёздами, поскольку их оптические изображения не отличались от звёзд. После измерения их красных смещений и определения рассто­яний стало ясно, что это самые мощные источники излуче­ния, которые встречаются в природе. Расстояние до квазара 3C273 оказалось равным 3 млрд св. лет, до квазара ЗC9 — 13 млрд св. лет. Вычисления светимости показали, что свети­мость квазара в видимом диапазоне больше светимости гигант­ской галактики примерно в 100 раз, а в радиодиапазоне пре­вышает 10 42 Вт, что в 100 000 раз превышает мощность ра­диоизлучения нашей Галактики.

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



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

Галактические ядра считают имеющими признаки активности если [1] :

Активная галактика — галактика с активным ядром. Такие галактики подразделяются на: сейфертовские, радиогалактики, лацертиды и квазары. Есть мнение, что в центре находится чёрная дыра, которая и является причиной повышенной интенсивности излучения от ядра, особенно в рентгеновском диапазоне. Из ядра таких галактик обычно вырывается релятивистская струя (джет). Отличительной чертой многих активных галактик является переменное (от нескольких дней до нескольких часов) рентгеновское излучение.

Содержание

Модели АЯГ

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

  1. Активность ядра связывают со вспышками сверхновых звёзд. В этом случае вспышка сверхновой может быть 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 10 6 до 10 9 масс Солнца). Наиболее общепринятая на сегодняшний день теория.

Аккреционный диск

В стандартной модели АЯГ аккреционный диск (АД) формирует вещество, находящееся вблизи центральной чёрной дыры (ЧД). Трение частиц заставляет материю двигаться к внутренним слоям диска, а угловой момент вращения выталкивает её наружу, что приводит к нагреву диска. Теоретически спектр 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.

Состояние проблемы АЯГ (по В. И. Пронику)

Читайте также: