Содержание курса

 

Глава 7. Внегалактическая радиоастрономия

7.1. Радиоизлучение нормальных галактик в спектральных линиях и в континууме

7.2. Радиогалактики и квазизвездные радиоисточники

7.1. Радиоизлучение нормальных галактик в спектральных линиях и в континууме

Наблюдения в линии 21 см. Подробно исследованы Магеллановы Облака - ближайшие спутники нашей Галактики (D ~ 55 кпк). Для большинства удаленных галактик возможны наблюдения только методом апертурного синтеза. Интерпретация наблюдений проводится в предположении малой оптической толщины в линии. Согласно 5.2, число атомов водорода на единичный интервал скоростей

(7.1)

а полное число N атомов водорода в галактике (с учетом того, что T_B = T_s t(V))

(7.2)

Полная масса галактики (для равновесного кеплеровского вращения) v_вр - максимальная скорость вращения, R - радиус, на котором она наблюдается. Практическая формула для оценки массы галактики:

M = 6.8ћ10⁴ R(мин дуги) D(Мпк) v²(км/с)² M?. (7.3)

Картографирование галактики в линии 21 см дает распределение лучевых скоростей нейтрального газа, из которого можно вывести кривую вращения галактики и распределение полной массы в ней. Пусть v(r) - кривая вращения, т.е. зависимость линейной скорости вращения от галактоцентрического расстояния. Введем цилиндрическую систему координат (r, j, z) так, что ось z проходит через центр галактики перпендикулярно ее плоскости и образует с картинной плоскостью угол i. Угол j будем отсчитывать от направления большой оси видимого изображения галактики. Тогда лучевая скорость газа V_R в точке картинной плоскости с координатами (r, j) будет:

(7.4)

 

Здесь v₀ - лучевая скорость движения галактики как целого. На изображении галактики, полученном в линии 21 см, будут выделяться линии равных лучевых скоростей V = v(r)cosj, где v(r) - искомая кривая вращения галактики. Реально такая простая картинка, основанная на модели чисто кругового кеплеровского движения, никогда не наблюдается. Линии равных лучевых скоростей оказываются искаженными под действием пекулярных движений газа. Тем не менее, методом подбора моделей на основе наблюдаемой карты удается восстановить и зависимость v(r), и распределение пекулярных движений.

Основной вывод состоит в том, что в спиральных и неправильных галактиках межзвездный газ составляет по массе лишь 1-2%, остальную массу составляют звезды. В центральных частях галактик обычно имеется дефицит нейтрального водорода. Возможно, там весь газ израсходован на звездообразование. Чем выше была плотность газа, тем больше скорость звездообразования:

(7.5)

r_* - плотность звезд, r_g - плотность газа, n = 1.8-3.5. Другие возможные объяснения дефицита нейтрального водорода вблизи центров галактик: водород там существует в форме H₂ или HII, либо толщина газового слоя возрастает настолько, что слой становится оптически толстым в линии 21 см. Это приводит к заниженной оценке массы водорода, т.к. слой не просматривается насквозь.

Тулли и Фишер [A&Ap, 1977, 54, 661] получили эмпирическое соотношение, связывающее абсолютную величину галактики M с полной наблюдаемой шириной линии 21 см W₀ (км/с):

(7.6)

где i - угол наклона плоскости галактики к лучу зрения. Если абсолютная величина определяется в полосе B, то постоянная a по разным определениям лежит в пределах 5.0-6.25. Формула (7.6) может быть использована для оценки расстояний галактик на основании одних только наблюдений в линии нейтрального водорода.

Все сказанное относится к спиральным и неправильным галактикам. В эллиптических галактиках очень мало межзвездного газа. Только в последнее время найдено слабое излучение в линии 21 см у некоторых из них.

В галактиках наблюдаются также радиолинии ряда молекул.

Гидроксил (OH). Линии l = 18 см наблюдаются у 12 галактик, причем как в поглощении (на фоне источника непрерывного спектра в ядрах галактик), так и в излучении, в виде наложения многих мазеров. Особенно выделяется галактика IC 4553; там наблюдается широкополосное излучение, возможно, связанное со вспышкой звездообразования в диске галактики.

Вода (H₂O). Мазеры в линии l = 1.35 см найдены в 6 галактиках, в том числе несколько довольно мощных мазеров в Большом Магеллановом Облаке. Известны "супермазеры" (или мегамазеры) - особо мощные мазеры H₂O, в том числе галактика в Циркуле и NGC 4945. Обе принадлежат к типу Sc. Светимости "супермазеров" в линии l = 1.35 см более чем на порядок превосходят светимость самого мощного мазера H₂O в нашей Галактике W49 (). Светимость мазера в Циркуле