7 років тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

Почти сразу после обнаружения КЗО было указана на сходство их свойств с наблюдаемыми у ядер некото­рых галактик. И действительно, еще в 1943,г. К. Сей­ферт обнаружил около 10 спиральных галактик с ярки­ми звездообразными ядрами, в спектрах излучения кото­рых наблюдались очень широкие линии водорода. В 1946 г., как уже отмечалось, были открыты радиогалак­тики — в основном это гигантские эллиптические галак­тики. В ядрах некоторых из них наблюдались сильно пе­ременные радиоисточники.

Еще с прошлого века был известен тонкий голубова­тый оптический «выброс» из центра эллипсоидальной туманности, которая, как выяснилось впоследствии, яв­ляется близкой к нам гигантской галактикой, наблюда­емой в радиодиапазоне как мощный радиоисточник Дева А0. В 1956 г. И. С. Шкловский высказал мысль о синхротронной природе свечения «выброса» и предска­зал на основе этой гипотезы большую степень поляри­зации его излучения, что подтвердилось в дальнейшем.

В 1958 г. академик В. А. Амбарцумян впервые четко поставил вопрос об активности ядер галактик и о воз­можной особой роли этой активности. Поэтому нет ни­чего удивительного в том, что после обнаружения неко­торого сходства КЗО с активными ядрами галактик феномен КЗО стали также связывать с явлением актив­ности ядер.

Что же такое ядро галактики и в чем заключается его активность?

Пока точных ответов на эти вопросы не существует. Обычно под ядром галактики понимают компактное звездногазопылевое быстровращающееся образование размером в несколько десятков или сотен парсек и мас­сой от 106 до 109 солнечных. Чем массивней галактика и чем меньше в ней удельный (на единицу массы) мо­мент вращения, тем может быть и массивнее в ней ядро. Это указывает на то, что самые массивные ядра, по всей вероятности, могут образовываться у гигантских сфероидальных галактик и у спиральных галактик типа Sa, а наименее массивные — у спиральных галактик типа Sc. В близких к нам галактиках иногда различают еще и яркий керн — центральную часть ядра размером в несколько парсек.

В ядрах даже обычных галактик происходят не со­всем понятные нам процессы, часто приводящие к выб­росам вещества со скоростями, достигающими несколь­ких десятков тысяч километров в секунду, и к появле­нию большого количества частиц высоких энергий — космических лучей. В магнитных полях (несколько со­тен гаусс) ядер галактик эти частицы начинают терять энергию на синхротронное излучение фотонов в широ­ком диапазоне длин волн. Это нетепловое излучение возбуждает и ионизирует газ, окружающий ядро и со­стоящий из отдельных небольших и достаточно плотных облаков. Последние под действием мощного коротко­волнового излучения могут приобретать как хаотиче­ские, так и направленные скорости движения — поэто­му линии в спектре их излучения имеют значительную ширину и часто распадаются на несколько компонентов.

Именно ядра с такими проявлениями и получили название активных. Сам же источник всех этих процес­сов вряд ли по своим размерам превышает несколько десятых долей парсека (о его возможной природе будет сказано в следующем разделе). Рассмотрим теперь воп­рос о том, в каких же галактиках можно ожидать по- . явления активных ядер?

Как уже отмечалось, наиболее массивные ядра встречаются тоже в массивных, медленно вращающихся эллиптических и сфероидальных галактиках. Причем более высокая концентрация вещества к центру галак­тики облегчает формирование более массивного ядра. О степени концентрации звезд к ядру можно судить па яркости центральных областей галактик, и поэтому мощные ядра встречаются, как правило, в галактиках с большой поверхностной яркостью центральных обла­стей.

Все эти факты говорят о том, что для возникнове­ния массивного ядра в галактике нужны условия, при которых вещество под действием сил тяготения может беспрепятственно поступать к центру системы. Таких условий можно указать несколько. Во-первых необхо­димо, чтобы существовала достаточно глубокая «потен­циальная яма», куда будет падать вещество (это обес­печивается массивностью системы и концентрацией ве­щества к центру). Во-вторых, требуется, чтобы центро­бежная сила вращения не препятствовала падению ве­щества. Однако и это еще не все. Очень важным явля­ется вопрос о том, что же падает в «потенциальную яму»: звезды или газ? От этого может зависеть как время формирования ядра, так и темп поступления в него «топлива», необходимого для поддержания актив­ности («печку» ведь надо чем-то топить!).

Раньше большинство астрофизиков предполагало, что таким «топливом» служат звезды или звездные комплексы. Пролетая вблизи ядра, они при своем орби­тальном движении вокруг центра галактики могут раз­рушаться и поставлять вещество для поддержания ак­тивности. В последние годы выяснилось, что важную роль в этом процессе играет и газ. Была выявлена связь между активностью ядер и повышенным содержа­нием газа и пыли как во всей галактике, так и в окре­стностях ее ядра. Однако из самого этого факта еще не ясно, что является причиной, а что следствием.

Кроме того, было замечено ослабление активности ядер в галактиках, которые являются быстродвижущи­мися членами густонаселенных скоплений галактик. Вы­яснилось, что дело здесь, скорее всего, во влиянии меж­галактической среды, которой довольно много в цент­ральных областях таких скоплений галактик. По дан­ным, например, рентгеновских наблюдений получается, что в наиболее представительных скоплениях концент­рация горячего межгалактического газа с температурой в несколько десятков миллионов градусов составляет 1 частицу в 100 см-3, а это соответствует (при размерах центральных областей скоплений в несколько сотен ки­лопарсек) массе газа 1013—1014 солнечных.

При движении галактик со скоростями больше 1000 км/с через такую среду они теряют газ за счет ди­намического напора — галактики как бы обдуваются межгалактическим ветром (кстати, на звезды такой ве­тер заметного влияния не оказывает). Поскольку имен­но в быстрых галактиках-членах скоплений оказывает­ся пониженной активность их ядер, складывается впе­чатление, что как раз наличие газа в галактике способ­ствует возникновению активности в ядрах, а там, где газ из галактик тем или иным способом убран, актив­ность подавлена. Таким образом, газ служит своеобраз­ным «топливом», сгорающим в «топках», которые ка­ким-то образом возникли в центральных областям неко­торых галактик.

Об этом же свидетельствует и факт, что все близкие к нам радиогалактики, являющиеся гигантскими сферо­идальными звездными системами, в которых обычно газа наблюдается мало, тем не менее оказались относи­тельно богатыми газом. У некоторых из них обнаруже­ны даже гигантские пазовые диски, характерные для плоских, а не для эллиптических галактик. Все эти фак­ты поставили перед астрофизиками ряд новых проблем, одной из которых является вопрос о причинах появле­ния большого количества газа в сфероидальных старых звездных системах.

Ответов может быть несколько, так как не исклю­чено, что газ поступает в галактики из разных источни­ков и по различным путям. Во-первых, газа может быть много в молодой галактике, когда процесс звездообра­зования еще не успел его исчерпать в больших масшта­бах. Во-вторых, нет недостатка газа в галактиках, рас­положенных в центральных областях больших скопле­ний галактик — ведь именно туда собирается весь газ, выметаемый межгалактическим ветром из многочислен­ных членов скопления. В-третьих, газ может перетекать на массивные, бедные газом эллипсоидальные системы из близких к ним спиральных галактик, богатых газом.

Примеры последнему известны, и среди них система, состоящая из гигантской спиральной галактики М81 и «взрывающейся» галактики М82. Исследования в радио­линии нейтрального водорода (Лямбдао = 21 см) показали, что от галактики М81 движутся газовые потоки в направлении аномальной, имеющей активное ядро систе­мы М82.

Кроме того, газ в область ядра может поступать и из самой галактики. Например, он может появляться в результате истечения вещества в процессе эволюции звезд, расположенных в центральных районах галакти­ки. Наконец, выясняется, что газа много в гало и коро­нах галактик. Облака такого газа, проходя по вытяну­тым орбитам вблизи ядра, могут сталкиваться, терять свой момент вращения и оседать на центр.

Мы не случайно, на время «забыв» о КЗО, много места уделяем рассказу о возможных причинах, способ­ствующих возникновению активности в ядрах галактик. Дело в том, что за последние годы все отчетливее и от­четливее прослеживается связь между квазизвездными, объектами и активными ядрами в галактиках. Такая связь позволяет весь накопленный наблюдательный ма­териал относительно свойств активности в ядрах при­менять и к КЗО, которые изучены гораздо хуже в силу своей удаленности.

Существует ряд косвенных указаний на связь КЗО с активными ядрами галактик.

Как оказалось, вокруг близких к нам КЗО имеются протяженные (несколько десятков килопарсек) туман­ности с низкой поверхностной яркостью. Именно такая туманность была известна еще с момента обнаружения одного из самых первых отождествленных квазаров ЗС 48 (см. рис. 2,а). В настоящее время подобные ту­манности обнаружены вокруг ~20 КЗО с красными смещениями меньше 0,5. Как правило, эти образования имеют угловые размеры в несколько десятков угловых секунд, общую абсолютную светимость на уровне ярчай­ших галактик в скоплениях (от —22 до —25m) и низкую поверхностную яркость (порядка 23m на квадратную угловую секунду). Эти туманности, совершенно невиди­мые в синих лучах, сравниваются с квазарами по общей светимости в видимом свете и заметно выделяются лишь на фотографиях, полученных с красными фильтрами.

Исследование окружающих КЗО туманностей пред­ставляет собой трудную, задачу. Это связано как со сла­бостью самих туманностей, так и с сильно мешающим излучением центрального КЗО. Однако уже появились первые сведения о распределении поверхностных ярко­стей и цветов в этих туманностях в зависимости от расстояния до центрального КЗО, а также и о спектраль­ных особенностях, которые свидетельствуют о наличии большого количества газа, ионизованного мощным излу­чением центрального источника.

Потоки излучения в линиях разных ионов от окру­жающих КЗО туманностей достигают 1041—1042 эрг/с, что в десятки раз выше таких потоков от нормальных спиральных, галактик, богатых газом. Эти линии узки (соответствующие им внутренние движения не превы­шают 300 км/с) и указывают на движения газа относи­тельно нейтрального КЗО до нескольких сотен кило­метров в секунду. Но с чем именно связаны такие ско­рости, неясно — вращение ли это газового диска, раз­лет ли газа от КЗО, а может, наоборот — падение газа к центру, т. е. ядру системы.

Признаков заметного количества звезд в окрестно­стях КЗО не найдено, так что пока не совсем ясно, яв­ляются ли протяженные оболочки вокруг КЗО более или менее обычными звездными системами или это еще только будущие галактики. Наличие линий тяжелых элементов в спектрах окружающих КЗО туманностей свидетельствует (как, впрочем и наличие их в спектрах самих КЗО) о том, что по крайней мере часть газа в этих туманностях, вероятно, является продуктом звезд­ной эволюции. Ведь именно в недрах звезд легкие эле­менты (водород, гелий) первичного газа в процессе тер­моядерных реакций могли превращаться в более тяже­лые элементы.

Но какая доля первичного газа прошла переработку в звездах?

Если значительная, то мы имеем дело с более или менее нормальной галактикой, если малая, то это, ско­рее, еще протогалактика. И все же вывод о наличии не совсем обычной галактики около КЗО кажется более естественным. Дело в том, что КЗО не только коротко­живущие объекты с мощным энерговыделением, но, по-видимому, и молодые образования. Это означает, что и системы вокруг них также молодые: в них еще много газа и мало звезд. После «загорания» КЗО сильное уль­трафиолетовое излучение ионизирует окружающий газ, и в нем, вероятно, становится невозможным звездообра­зование: оно сможет начаться только после угасания КЗО, т. е. через время, большее 10 млн. лет.

О молодости систем, связанных с КЗО, говорит, например, тот факт, что их концентрация в пространстве сильно возрастает по мере увеличения красных смеще­ний, вплоть до z=2,5. По всей видимости, на расстоя­ниях, соответствующих таким красным смещениям, боль­шинство КЗО и родились.

Предположение о молодости КЗО более предпочти­тельно и в связи с их огромной светимостью, которая со временем может только уменьшаться. Для возникно­вения такой светимости требуется, наверное, много газа, а это как раз легче реализуется в молодой системе. Иначе пришлось бы объяснять причину мощнейших вспышек в ядрах старых систем, придумывая способы их «омоложения».

Если вывод об относительной молодости КЗО и си­стем вокруг них подтвердится, то придется столкнуться с другой проблемой. Действительно, допустить молодость систем с большими красными смещениями легко: они ведь расположены очень далеко от нас, и мы наблюда­ем их такими, какими они были миллиарды лет назад. Но как тогда быть с близкими к нам КЗО? Если счи­тать их молодыми, то из этого должно следовать, что некоторые системы продолжают образовываться и в нашу эпоху. Почему же они так отстали в своем заро­ждении или развитии? Что удерживало газ миллиарды лет от сжатия, сопровождающегося развитием разного рода неустойчивостей в газе, разбиением его на отдель­ные сгустки и последующего быстрого формирования звезд?

У астрофизиков пока нет убедительного ответа на этот вопрос. Может быть, наблюдаемые близкие КЗО являются редкими примерами рождения галактик «вто­рого» поколения, которые формируются из газа, уже обогащенного тяжелыми химическими элементами за счет переработки водорода звездами в системах «перво­го» поколения (ведь наблюдаем же мы в нашей собст­венной Галактике сосуществование звезд разных поко­лений одновременно).

Цветовые особенности протяженных оболочек вокруг КЗО привели ряд авторов к выводу, что в некоторых случаях мы, может быть, имеем дело с подобием сферо­идальной системы, а в других — с подобием спиральной (плоской) системы. Например, в случае ЗС 48 (см. рис. 2,а) видны даже зачатки «спиральных ветвей». Предварительный вывод о двух типах КЗО, связываемых с разными типами систем вокруг них, очень ва­жен, так как он позволяет в принципе понять, почему есть радиоизлучающие и нерадиоизлучающие КЗО (вспомним, что мощными радиогалактиками бывают только эллипсоидальные системы).

Здесь мы подходим к вопросу о возможных эволюци­онных изменениях КЗО со временем. Поскольку мы счи­таем КЗО бурной молодой стадией в жизни галактиче­ских ядер, то со временем такие ядра могут превра­щаться в другие типы объектов, которые хотя и менее активны, чем КЗО, но зато могут дольше находиться в активной фазе. И чем продолжительней будет та или иная фаза активности в эволюции квазароподобных объ­ектов, тем выше должна быть их наблюдаемая концен­трация в пространстве. Это означает, что на какой-либо площадке небесной сферы такие менее активные, но долгоживущие объекты будут чаще встречаться.

Например, если КЗИ «живут» 1О7 лет и их простран­ственная плотность соответствует одному объекту в 109 Мпс3, то, ироэволюционировав в ядра радиогалактик, существующие уже 109 лет, они будут встречаться в 100 раз чаще (рис. 11). Хотя общее энерговыделение актив­ных ядер со временем, наверное, падает, возможны, конечно, и повторные кратковременные вспышки, кото­рые, однако, не изменяют общей тенденции к уменьше­нию светимости. В общем случае более вероятно, что ядра проходят свою наиболее бурную фазу эволюции один раз в молодости, и поэтому исключается возмож­ность того, что старые ядра в тех или иных галактиках время от времени могут становиться КЗО. Однако ряд астрофизиков придерживается именно такой точки зре­ния. По их мнению, разные типы квазароподобных объ­ектов являются отражением повторяющихся (рекур­рентных) стадий активности ядер в одном и том же ти­пе родительских галактик. Из этого следовало бы, на­пример, что ядро в сфероидальной системе может на­ходиться то в спокойной стадии, длящейся 108—109 лет, то в бурной, которая в 10—100 раз короче.

Зависимость пространственных плоскостей внегалактических объектов от их оптической светимости

Зависимость пространственных плоскостей внегалактических объектов от их оптической светимости

Опираясь на данные не только о свойствах КЗО, но и о свойствах активных ядер разных типов галактик, можно перейти к обсуждению проблемы природы актив­ности ядер галактик — этому самому грандиозному после расширения Метагалактики астрономическому яв­лению, дающему нам возможность заглянуть на милли­арды парсек в глубь пространства и на миллиарды лет в глубь времени.