Радиогалактики

С другой стороны, есть все основания полагать, что квазары, являющиеся наиболее мощными радиоисточниками (10⁴³ - 10⁴⁵ эрг/с), по-видимому, также представляют собой далекие звездные системы - галактики (см. Ядра галактик и Квазары). Т.о., собственно к Р. можно отнести радиоисточники с мощностью радиоизлучения в диапазоне 10⁴² - 10⁴⁴ эрг/с, что характерно для массивных (10¹² - 10¹³ масс Солнца) гигантских эллиптич. галактик (типа E, см. классификацию морфологич. типов галактик в статье Галактики). По особенностям структуры, выявленным на основе наблюдений в оптич. лучах, Р. делят дополнитеотно на неск. типов. Наиболее мощными радиоисточниками явл. т.н. D-галактики - E-галактики с протяженными оптическими оболочками (коронами).

Существуют Р. промежуточных типов: Р. типа DE занимают промежуточное положение между D- и читсым E-типами; Р. типа DB обладают св-вами D-галактик, н оотличаются еще тем, что их центральные области выглядят раздвоенными. Это раздвоение в ряде случаев связано с проецированием на центраную область галактики мощного газо-пылевого диска. Наконец, сравнительно редкую группу Р. образуют т.н. N-галактики с ярким звездообразным ядром, обнаруживающим переменность блеска. В скоплениях галактик самые мощные радиоисточники всегда отождествляются с их ярчайшими и массивнейшими членами - с т.н. cD-галактиками.

Эллиптич. E-галактики, как правило, довольно бедны межзвездным газом. Однако в оптич. спектрах ядер Р. всегда присутствуют интенсивные эмиссионные линии различных хим. элементов межзвездной среды. По-видимому, наличие не связанного в звезды газа в ядрах и околоядерных областях E-галактик играет важную роль в энерговыделении, приводящем к образованию Р. Ширины эмиссионных линий (водорода, углерода и др. химических элементов) свидетельствуют о больших скоростях внутренних движений газа в ядрах - от 300-600 км/с до нескольких тыс. и даже десятков тыс. км/с.

По характерным для Р. структурным и спектр. св-вам с Р. отождествлено уже более 2 тыс. источников космич. радиоизлучения. У радиоизлучения Р. в диапазоне частот от 10 МГц до 10-80 ГГц наблюдается, как правило, степенная зависимость спектр. плотности потока излучения от частоты - спектральный индекс; см. примеры спектров на рис. 1). Радиоизлучение имеет, несомненно, синхротронную природу - излучают релятивистские электроны, движущиеся в магн. полях Р. (см. Синхротронное излучение). Важным свидетельством в пользу этого заключения служит наблюдаемая линейная поляризация радиоизлучения (в среднем 8-10%). Степень линейной поляризации возрастает до 40-60% для отдельных компактных деталей структуры Р., что близко к предельно возможной степени поляризации (ок. 70%) синхротронного излучения и свидетельствует об определенной (в масштабах до десятков кпк) упорядоченности их магн. полей. По оценкам, напряженность магн. поля Р. составляет 10^-4 - 10^-6 Э в протяженных радиоструктурах и 10^-2 - 10^-4 Э в компактных околоядерных образованиях.

Рис. 1. Спектры радиоизлучения некоторых типичных радиогалактик.

Карты распределения радиояркости (радиоизофоты) показывают, что в Р., как правило, имеется два излучающих облака (компонента), располагающихся более или менее симметрично относительно галактики, видимой в оптических лучах. Обычно излучающие в радиодиапазоне облака находятся в 10-100 кпк от галактики, далеко за пределами ее звездной составляющей. Известны Р., в к-рых расстояние между компонентами радиоизлучения достигает 2-5 Мпкю На изофотах обычно хорошо видно, что ярчайшими участками радиокомпонентов явл. их внешние края. Компоненты имеют различную протяженность и объем, и если предположить, что плотность энергии магн. поля и релятивистских частиц в них примерно равны, то заключенная в них энергия может достигать 10⁵⁸-10⁵⁹ эрг.

Рис. 2. Радиоизображение (радиоизофоты) галактики Лебедь А.Зачерчены очень яркие области компонентов двойной структуры. Между ними расположен компактный радиоисточник в центре галактики. - прямое восхождение, - склонение.

Пока нет общепринятой теории образования характерных для Р. двойных радиоисточников. Из анализа данных наблюдений следует, что радиоисточники образуются в результате выделения энергии в ядре галактики, но не мгновенного, взрывного, характера, а более длительного (10⁷-10⁹ лет) и непрерывного, сопровождающегося выбросом струй плазмы с релятивистскими скоростями в двух противоположных направлениях. По-видимому, важную роль при этом играет биполярный характер магн. поля ядра галактики, из магн. полюсов к-рого вдоль силовых линий поля вытекают струи релятивистской плазмы. Со временем излучающие в радиодиапазоне облака плазмы расширяются, расстояние между ними увеличивается. О незатухающей активности ядер Р. свидетельствуют обнаруживаемые вблизи ядер компактные радиоисточники, наиболее контрастно выделяющиеся при наблюдениях в диапазонах сантиметровых и миллиметровых волн. У нек-рых Р. обнаружены (по синхротронному излучению) крупномасштабные остронаправленные струи выброшенного из ядер вещества, напр. выбросы ("джеты") в Р. Дева А (NGC 4486, M 87), NGC 6521 и в ряде др. Повышенная яркость внеш. краев компонентов двойной радиоструктуры связана, по-видимому, с явлением динамического сжатия наружных частей плазменных облаков при движении их от галактики к периферии в результате взаимодействия с сравнительно плотной (10^-3-10^-4 частиц/см³) межгалактич. средой.

Наиболее полно изучены Р., отождествленные с внегалактическими радиоисточниками Лебедь А, Кентавр А, Дева А.

Рис. 3. Фотография радиогалактики Кентавр А (NGC 5128). В центре виден газово-пылевой комплекс (диск), поглощающий свет звед.

Лебедь А - самый мощный внегалактич. источник радиоизлучения, расположенный в созвездии Лебедя. Отождествлен в 1951 г. с E-галактикой (DB-галактикой) 16-й звездной величины. Красное смещение галактики z=0,057 (т.е. расстояние до нее ок. 200 Мпк). Газово-пылевой слой в центре галактики обусловливает характерное раздвоение ее оптич. изображения. Оптич. методами обнаружено излучение сильноионизованной плазмы в области ядра галактики; установлено также, что галактика вращается вокруг оси, лежащей в картинной плоскости и направленной вдоль прямой, соединяющей два ярких компактных компонента радиоизлучения. На рис. 2 приведено радиоизображение Р. Лебедь А. Угловое расстояние между яркими областями компонентов двойной структуры ок. 2' (приблизительно 80 кпк). Верхний предел скорости разлета компонентов равен 0,02 скорости света. В ядре галактики обнаружен компактный радиоисточник с уплощенным спектром (с малым значением спектр. индекса). Полная радиосветимость доминирующей в радиодиапазоне двойной структуры эрг/с, она сравнима с радиосветимостью двойных структур многих квазаров. Спектр радиоизлучения (рис. 1) имеет характерный излом, типичный для многих двойных радиоисточников.

Кентавр А (NGC 5128) - радиоисточник в созвездии Кентавра, ближайшая к нам Р. (расстояние ок. 4 Мпк). На фотографии этой Р. (рис. 3) хорошо видно, что она имеет сфероидальную форму, виден также поглощающий свет звезд газово-пылевой диск, наблюдаемый практически с ребра.

Рис. 4. Радиоизображение протяженного источника в галактике Кентавр А (1950 г.). Пунктиром схематически показано положение галактики, наблюдаемой в оптических лучах. Цифры у изофот указывают относительную интенсивность радиоизлучения.

Радиоизображение галактики (рис. 4) показывает, что Р. содержит протяженный радиоисточник, к-рый представляет собой старую, сильно расширившуюся двойную структуру. Общая протяженность источника вдоль большой оси ок. 500 кпк. Помимо протяженного источника в центральной области (в пределах оптич. изображения галактики) обнаружена сравнительно компактная двойная радиоструктура с расстоянием между компонентами ок. 12 кпк. Наконец, в самом центре галактики (в ее ядре) найден очень компактный радиоисточник, интенсивность излучения к-рого резко растет с уменьшением длины волны в сантиметровом и миллиметровом диапазонах. Радиосветимость протяженного радиоисточника ок. 10⁴² эрг/с, а в нем энергия - ок. 10⁵⁹ эрг.

Дева А (NGC 4486, M87) - радиоисточник сравнительно небольшой радиосветимости (~10⁴² эрг/с), принадлежащий массивной E-галактике (тип cD), расположенный в созвездии Девы на расстоянии ок. 15 Мпк. Галактика особенно интересна тем, что с одной стороны от ее центра (ядра) наблюдается выброс вещества ("джет"), излучение к-рого имеет синхротронную природу. Выброс имеет длину ок. 20" дуги (ок. 1,5 кпк), он разбивается на отдельные сгустки (узлы) и излучает не только в радио-, но и в оптич. диапазоне (рис. 5).

Рис. 5. Фотография центральной области радиогалактики Дева А (NGC 4486, M87). Видны отдельные узлы (сгустки) одностороннего выброса, испускающего радио- и оптическиое излучение синхротронной природы.

Свидетельством несомненной синхротронной природы излучения выброса явл. сильная (до 20-35%) линейная поляризация оптич. излучения. Сильно линейно поляризовано (до 12-17%) и радиоизлучение. Выброс погружен в более широкий и протяженный (ок. 40" дуги) "радиококон". Симметрично этому радиоисточнику с противоположной стороны от центра галактики расположен второй компонент радиоизлучения точно такой же конфигурации, однако в нем нет никаких заметных оптических следов контрвыброса.

Односторонний вид выброса в Р. Дева А, скорее всего, есть результат направленного (на наблюдателя) его движения и излучения. При этом, либо сгустки струи движутся с релятивистской (близкой к скорости света) скоростью и поэтому из-за эффекта Допплера их излучение более интенсивно, чем излучение контрвыброса, либо мы имеем дело с анизотропно излучающими потоками релятивистских электронов в сложных петлеобразных элементах структуры биполярного магн. поля Р., что также может обусловить односторонний вид выброса.

Рис. 6. Радиокарта источника 3C 274 (радиогалактика Дева А). Заштрихованная область - источник в ядре галактики. Крестиками показаны положения сгустков в выбросе (по оптическим наблюдениям).

Помимо выброса и двух сравнительно компактных радиоисточников по обе стороны от центра галактики, Дева А имеет еще и протяженный радио источник размером 12'16' относительно низкой поверхностной яркости. Он обнаруживает сложную структуру, а его наблюдаемая вытянутость с севера на юг, так же как и заметная деформация в этом направлении центрального двойного радиоисточника (рис. 6), обусловлена, вероятно, движением галактики через сравнительно плотную межгалактическую среду скопления галактик в Деве.

Лит.:
Хеешен Д.С., Радиогалактики, пер. с англ., в сб.: Астрофизика, М., 1967; Шкловский И.С., Радиогалактики, УФН, 1962, т. 77, в. 1; Каплан С.А., Элементарная радиоастрономия, М., 1966; Воронцов-Вельяминов Б.А., Внегалактическая астрономия, 2 изд., М., 1978; Происхождение и эволюция галактик и звезд, М., 1976, гл. 1; Хей Дж., Радиовселенная, пер. с англ., М., 1978; Пахольчик А.Г., Радиогалактики, М., 1980.

(В.Н. Курильчик)