Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://xray.sai.msu.ru/~polar/html/publications/pop/agn.txt Дата изменения: Tue Jul 28 18:24:10 1998 Дата индексирования: Sat Dec 22 04:37:12 2007 Кодировка: koi8-r Поисковые слова: arp 220

АКТИВНЫЕ ЯДРА ГАЛАКТИК.

До середины ХХ века считалось, что основным источником
излучения в галактиках являются звезды, т.е. большая часть
энергии, излучаемой галактикой, вырабатывается в результате
реакций термоядерного синтеза в звездах (этот механизм
энерговыделения был теоретически открыт Х.Бете в 1938 г.).

Однако, начиная с 1943 г. были открыты многие типы галактик,
активность которых связана не со звездами, а с мощным
выделением энергии в относительно небольшой (R<1 пк, напомним,
что 1пк=3.26 светового года, а 1 Мпк=10^6 пк) ядерной части
галактики.

Признаками активности галактических ядер считаются следующие
свойства:
1. Нетепловой вид спектра от радио до гамма диапазона
электромагнитного спектра. Что это означает? Всем хорошо
известно, что если мы нагреваем
брусок железа, то он будет светиться все ярче и ярче.
Воообще, любые нагретые тела будут излучать энергию, причем
количество энергии и вид спектра будут зависить от
температуры. Такое излучение называется тепловым.

Возможны и другие механизмы излучения энергии. При этом вид
спектра будет совсем другим, его нельзя объяснить тем,
что излучает какое-то нагретое тело, например, газ. Этот тип
излучения называется нетепловым. Одним из самых важных для
астрофизики вообще и для физики активных ядер в частности
является т.н.синхротронное излучение. Оно образуется при
движении электронов в магнитном поле и имеет характерный
нетепловой спектр.

2. Переменность, т.е. изменение видимого блеска, с периодом
от 10 минут (в рентгеновском диапазоне) до 10 лет в
оптическом и радио диапазонах.

3. Наличие широких эмиссионных линий в спектре (см. гл. ),
говорящих о движениях горячего газа с большими скоростями.

4. Морфологические особенности (выбросы, "горячие пятна").
Необычный внешний вид часто является следствием активности
ядра, из которого может выбрасываться большое количество
вещества.


5. Спектральные и поляризационные особенности. Последние могут
говорить, например, о наличии магнитного поля и его структуре.

Конечно не обязательно наличие одновременно всех этих свойств.

Есть и некоторые требования к самим галактикам. Обычно
пекулярность, т.е. необычность, отсутствует в маломассивных
галактиках. Кроме того, галактика должна быть конденсирована
к центру, поэтому ядерная активность чаще встречается у
эллиптических галактик. Также практически всегда необходимо
наличие большого количества газа в центральных областях
галактики, поскольку в ряде моделей активности именно с газом
так или иначе связывается энерговыделение в активном ядре.

Первыми из галактик с активными ядрами (АЯ) были открыты
сейфертовские галактики, названные так в честь их
первооткрывателя К.Сейферта (1911-1960). Он обнаружил в
спектрах 12 галактик широкие линии водорода, гелия и
ионизованного железа, полуширина которых, в соответствии с
эффектом Доплера, соответствовала скоростям до нескольких
тысяч км/сек.

Сейчас известно около тысячи таких объектов, причем в
некоторых из них эмиссионные спектральные линии имеют ширины,
соответствующую скорости около 30 000 км/сек (0.1 скорости
света!).

Эти скорости связаны с движением облаков газа в центральных
частях сейфертовских галактик. Т.е. существует большое
количество газа, вылетающего из ядра со скоростью до десятков
тысяч км/сек.

Сейфертовские галактики относятся к гигантским спиральным
галактикам. Среди них особенно велика доля пересеченных
спиралей (около 70%). Сейферты, как часто называют этот тип
галактик, чаще, чем обычные галактики, входят в число пар и
групп, но избегают богатых скоплений (как мы увидим в
дальнейшем примерно теже свойства демонстрируют другие
активные внегалактические объекты - квазары). Для них
свойственна сильная сферическая составляющая. Сейферты
составляют примерно 1% от общего числа спиральных галактик, и
их пространственная концентрация равна 1 галактика на 10^4
кубических Мпк.

Спектры сейфертов имеют нетепловой характер в широком
диапазоне волн. Для блеска этих галактик свойственна
переменность с амплитудой порядка одной звездной величины и
периодом от нескольких дней до нескольких недель. Также
иногда происходят мощные вспышки, блеск резко увеличивается.
Вцелом спектр похож на спектр
квазаров и это является еще одним аргументом в пользу наличия
генетической связи между этими двумя типами объектов.

АЯ всех типов характеризуются очень большой светимостью и для
сейфертовских галактик эта величина составляет примерно 10^44
эрг/сек, что равно светимости нашей Галактики, но у сейфертов
вся эта энергия выделяется в области диаметром около 1 пк
(это меньше, чем расстояние от Солнца до ближайшей звезды)!
Оптическая светимость достигает 10^42 эрг/сек, а основная
часть энергии обычно излучается в инфракрасном диапазоне и
для галактики NGC 1068, которая входила в число первых
открытых сейфертовских галактик, составляет 2*10^44 эрг/сек.

Прежде чем переходить к другим активным внегалактическим
объектам попробуем, вначале кратко, ответить на естественно
возникающий вопрос. Что же является источником энергии для
столь бурной активности? Что за "двигатель", занимающий менее
1 пк, вырыбатывает столько энергии?

Окончательного ответа пока не знает никто, но в результате
длительной работы теоретиков и наблюдателей было выделено
пять наиболее вероятных моделей, которые мы сейчас и
перечислим, чтобы в дальнейших описаниях различных типов
активности в ядрах внегалактических объектов мы могли
ссылаться на эти модели, а затем нам было бы удобнее
рассматривать их более подробно.

Исторически первой была выдвинута модель, предполагающая
наличие в центре галактики плотного массивного звездного
скопления,в котором много молодых звезд с большой
светимостью.

Вторая модель была предложена отчасти по аналогии с тогда
только открытыми пульсарами. Согласно этой версии источником
ядерной активности служит свермассивный звездоподобный объект
с мощным магнитным полем.

Третья и четвертая модели связаны с таким загадочным и
многообещающим объектом, как черная дыра. В одной модели
предполагается наличие одиночной черной дыры в центре
галактики, а в другой вводится спутник черной дыры, и система
становится похожей на хорошо известный источник SS 433. В
результате аккреции, т.е.падения, вещества на черную дыру и
выделяется все это огромное количество энергии. Возможно также
существование сразу двух черных дыр в ядре галактики.

Последняя пятая модель является как бы составной и включает в
себя последние достижения физики (прежде всего
теоретической), которые применяются к объяснению процессов в
АЯ. Среди этих безусловно интересных идей присутствуют "белые
дыры", аксионы, магнитные монополи, струны, кварки,
гамма-пушки и многое другое.

Таковы в кратце основные идеи, пытающиеся объяснить
активность галактических ядер, а мы пока продолжим описание
различных типов этой активности, отложив более подробное
описание наиболее многообещающих моделей до главы о квазарах.

Другим типом галактик с АЯ являются радиогалактики. Они
определяются как галактики, у которых светимость в
радиодиапазоне превышает 10^40 эрг/сек. Обычно это большие
эллиптические галактики, расположенные в центрах групп и
скоплений.

Из них выделяются D-галактики, cD-галактики и N-галактики.
Первые из них это галактики с протяженными газовыми
оболочками и мощной радиосветимостью (порядка 10^43
эрг/сек). cD-галактики - гигантские эллиптические
ралиогалактики. Обычно они располагаются в центрах богатых
скоплений. Масса этих гигантов достигает 10^13 масс солнца,
абсолютная звездная величина М=-24, а светимость в
радиодиапазоне 10^45 эрг/сек. N-галактики (от слова
nuclear-ядерный) являются галактиками с очень ярким ядром и
туманной оболочкой. Они были открыты в 1958 г.
Б.А.Воронцовым-Вельяминовым. Сейчас их известно около 100
объектов. Для них свойственна большая светимость в
радио диапазоне (порядка 10^43 эрг/сек) и наличие
широких эмиссионных линий, соответствующих скоростям до
десяти тысяч км/сек. В оптическом диапазоне они имеют
абсолютную звездную величину около -21 (светимость
порядка 10^44 эрг/сек). Оптическое излучение имеет
нетепловой характер с избытком в голубой части спектра и
переменно с периодом в несколько лет. Самая близкая
галактика этого типа расположена на расстоянии 100 Мпк от
Земли, самая далекая - 1000 Мпк (более трех миллиардов
световых лет!). Это чрезвычайно редкие объекты. Они
встречаются в миллион раз реже нормальных галактик.

Для понимания природы радиогалактик в первую очередь важна
необычная структура их изображений в радио диапазоне.
Галактика, которая в оптике видна как более-менее обычный
объект, в радио лучах предстает перед нами в виде трех
источников. Центральный совпадает с ядром галактики, а два
других расположены симметрично по обе стороны от
центрального, и расстояние между ними составляет обычно от
0.1 Мпк до 1 Мпк. Эти два "радиоуха" часто гораздо мощнее
источника, совпадающего с ядром, и могут иметь яркие "горячие
пятна". Эта особенность связана с такой характерной чертой
радиогалактик, как джеты (или струи), которые бьют из ядра
галактики.

Примерно симметричные биполярные (т.е. двухсторонние)
истечения вещества наблюдаются и в мире звезд у молодых
объектов в плотных молекулярных облаках и у двойных систем с
релятивистским компонентом. В двойных звездных системах джеты
объясняются как результат сверхкритической дисковой аккреции
на компактный объект, а поскольку наиболее популярной моделью
АЯ является массивная черная дыра, то и внегалактические
джеты обычно объясняют теми же причинами (хотя возможны и
другие объяснения).

Для построения модели выброса нужно прежде всего объяснить
две вещи: высокую степень коллимации (т.е. фокусировки)
струи и механизм передачи энергии вдоль струи, размер которой
может быть больше 1 Мпк, в этом случае электроны в джете
успеют высветить всю свою энергию, которую т.о. нужно будет
как то восполнять (энергия может излучаться в виде
синхротронного излучения, поэтому наблюдаемый спектр будет как
раз нетепловым).

Предложено много теорий гидродинамического образования струй,
а в последнее время большое внимание привлекает
электро-магнитный механизм образования джетов из-за разности
потенциалов поперек диска, пронизываемого открытыми силовыми
линиями магнитного поля. Разность потенциалов может превышать
10^20 В и частицы будут ускоряться до релятивистских
скоростей.

Строгая аналитическая модель струй еще не создана, поэтому
большая часть результатов пока получается с помощью
компьютерного моделирования, которое в последние 20-30 лет
приобрело огромное значение для астрономии, и много новейших
крайне интересных результатов в современной астрофизике были
получены благодаря использованию самых современных
многопроцессорных суперкомпьютеров.

Физика галактик с АЯ - передний край астрофизики, где
используются и проверяются новейшие физические теории, и есть
большой простор для новых фундаментальных идей, для
использования современных приборов и методов наблюдения и
компьютерного моделирования.