Активные ядра галактик

Модели АЯГ

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

1. Активность ядра связывают со вспышками сверхновых звёзд. В этом случае вспышка сверхновой может стать 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 106 до 109 масс Солнца) — наиболее общепринятая на сегодняшний день теория.

Обнаружение активных галактических ядер

Еще до того, как найти нечто конкретное, в галактических центрах замечались определенные особенности. Например, в аккреционном диске отмечали ядерно-оптические излучения. Как только диск перекрывался пылью или газом возле, можно было увидеть истинную картину в инфракрасном излучении.

Тогда появляются узкие и широкие линии оптического излучения, связанные с разными видами активного галактического ядра. Они формируются каждый раз, когда остывший материал приближается к черной дыре. В результате излучающий материал вращается вокруг черной дыры на высоких скоростях, приводя к диапазону допплеровских смещений освобожденных фотонов.

Струя, выпущенная из галактики М87 (в активном состоянии), достигает 5000 световых лет.

Есть также радио и рентгеновские континуумные излучения. Радио создаются из-за струи, а вот рентгеновские могут быть следствием первой или горячей короны, в которой рассеивается электромагнитное излучение. Нельзя забывать о рентгеновских линиях излучения, вырабатывающихся в период, когда лучи освещают холодный тяжелый материал, расположенный между ними и ядром.

Размеры и строение нашей Галактики

Основываясь на результатах своих подсчетов, Гершель предпринял попытку определить размеры Галактики. Он заключил, что наша звездная система имеет конечные размеры и образует своего рода толстый диск: в плоскости Млечного Пути она простирается на расстояние не более 850 единиц, а в перпендикулярном направлении — на 200 единиц, если принять за единицу расстояние до Сириуса. В современной шкале расстояний это соответствует 7300х1700 световых лет.

Эта оценка в целом верно отражает структуру Млечного Пути, хотя она весьма неточна. Дело в том, что кроме звезд в состав диска Галактики входят также многочисленные газопылевые облака, которые ослабляют свет удаленных звезд. Первые исследователи Галактики не знали об этом поглощающем веществе и считали, что они видят все ее звезды.

Истинные размеры Галактики были установлены только в XX в. Оказалось, что она является значительно более плоским образованием, чем предполагали ранее. Диаметр галактического диска превышает 100 тыс. световых лет, а толщина — около 1000 световых лет. По внешнему виду Галактика напоминает чечевичное зерно с утолщением посередине.

Из-за того что Солнечная система находится практически в плоскости Галактики, заполненной поглощающей материей, очень многие детали строения Млечного Пути скрыты от взгляда земного наблюдателя. Однако их можно изучать на примере других галактик, сходных с нашей. Так, в 40-е гг. нашего столетия, наблюдая галактику М 31, больше известную как туманность Андромеды, немецкий астроном Вальтер Бааде (в те годы он работал в США) заметил, что плоский линзообразный диск этой огромной галактики погружен в более разреженное звездное облако сферической формы — гало. Зная, что туманность Андромеды очень похожа на нашу Галактику, Бааде предположил, что подобная структура имеется и у Млечного Пути. Звезды галактического диска были названы населением I типа, а звезды гало (или сферической составляющей) — населением II типа.

Как показывают современные исследования, два вида звездного населения отличаются не только пространственным положением, но и характером движения и химическим составом. Эти особенности связаны в первую очередь с различным происхождением диска и сферической составляющей.

Хаббл, галактики и расширяющаяся Вселенная

Стоит выразить огромную благодарность Эдвину Хабблу, который в 1924 году доказал, что наша галактика – одна из многих. При помощи своего 100-дюймового телескопа он заметил, что группа звезд, которые ранее считались частью Млечного Пути, на самом деле, являются галактикой Андромеды, расположенной в 2.2 миллионах световых лет. В 1927 году Ян Оорт доказал, что галактики совершают вращение вокруг своего центра.

Хаббл также выявил, что отдаленные галактики уходят от нас на больших скоростях. Это наблюдение стало законом Хаббла – Вселенная расширяется.

В 1996 году телескоп Хаббла добыл снимки 1500 далеких галактик, пребывающих в процессе формирования, что увеличило предположительное количество галактик. В 1990-х гг. полагали, что их может быть только 50 миллиардов. Конечно, современные цифры намного больше. На нашем сайте у вас есть возможность изучить все разновидности галактик и рассмотреть качественные фото, схемы и рисунки космических структур Вселенной.

• Что такое галактика?;
• Сколько галактик во Вселенной;
• Самая большая галактика;
• Ближайшая к нам галактика;
• Самая молодая галактика;
• Самый далекий запечатленный объект;
• Сколько галактик было найдено?;
• Сколько планет в галактике?;
• Расстояние до Андромеды;
• С кем столкнется Млечный Путь?;
• Как называется наша галактика?;
• В какой галактике расположена Земля;
• Почему наша галактика называется Млечный Путь?;
• Каким образом галактика получает свое название?;
• Имена галактик;

Сверхскопления и скопления галактик

• Великий аттрактор;
• Скопление Девы;
• Сверхскопление Девы;
• Скопление галактик;
• Сверхскопления;
• Местная группа галактик;

Строение галактики

• Эволюция галактик;
• Вращение галактик;
• Как появляются крупные галактики?;
• Галактический центр;
• Активное галактическое ядро;
• Галактическая плоскость;
• Галактический экватор;
• Галактическое выравнивание;
• Что такое межгалактическое пространство?;
• Блазары;

Типы галактик

• Спиральные галактики;
• Спиральные галактики с перемычкой;
• Неправильные галактики;
• Эллиптические галактики;
• Карликовые галактики;
• Галактика из темной материи;
• Формы галактик;
• Магеллановы облака;
• Большое Магелланово Облако;
• Малое Магелланово Облако;
• Другие галактики;

Состав галактического центра

Самой крупной особенностью галактического центра является находящееся там звёздное скопление (звёздный балдж) в форме эллипсоида вращения, большая полуось которого лежит в плоскости Галактики, а малая — на её оси.Балдж (от англ. bulge — «вздутие») — внутренний, яркий сфероидальный компонент спиральных галактик. Размер его колеблется от сотен парсек до нескольких килопарсек. Балдж галактики состоит в основном из старых звёзд, движущихся по вытянутым орбитам.

Отношение полуосей равно примерно 0,4. Орбитальная скорость звёзд на расстоянии около килопарсека составляет примерно 270 км/с, а период обращения — около 24 млн лет. Исходя из этого получается, что масса центрального скопления составляет примерно 10 млрд масс Солнца. Концентрация звёзд скопления резко увеличивается к центру. Звёздная плотность изменяется примерно пропорционально R−1,8 (R — расстояние от центра). На расстоянии около килопарсека она составляет несколько солнечных масс в кубическом парсеке, в центре — более 300 тыс. солнечных масс в кубическом парсеке (для сравнения, в окрестностях Солнца звёздная плотность составляет около 0,07 солнечных масс на кубический парсек).

От скопления отходят спиральные газовые рукава, простирающиеся на расстояние до 3 — 4,5 тысяч парсек. Рукава вращаются вокруг галактического центра и одновременно удаляются в стороны, с радиальной скоростью около 50 км/с. Кинетическая энергия движения составляет 1055эрг.

Внутри скопления обнаружен газовый диск радиусом около 700 парсек и массой около ста миллионов масс Солнца. Внутри диска находится центральная область звёздообразования.

Галактический центр Млечного Пути в инфракрасном диапазоне.

Ближе к центру находится вращающееся и расширяющееся кольцо из молекулярного водорода, масса которого составляет около ста тысяч масс Солнца, а радиус — около 150 парсек. Скорость вращения кольца составляет 50 км/с, а скорость расширения — 140 км/с. Плоскость вращения наклонена к плоскости Галактики на 10 градусов.

По всей вероятности, радиальные движения в галактическом центре объясняются взрывом, произошедшим там около 12 млрд лет назад.

Распределение газа в кольце — неравномерное, образующее огромные газопылевые облака. Крупнейшим облаком является комплекс Стрелец B2, находящийся на расстоянии 120 парсек от центра. Диаметр комплекса составляет 30 парсек, а масса — около 3 млн масс Солнца. Комплекс является крупнейшей областью звёздообразования в Галактике. В этих облаках обнаружены все виды молекулярных соединений, встречающихся в космосе.

Ещё ближе к центру находится центральное пылевое облако, радиусом около 15 парсек. В этом облаке периодически наблюдаются вспышки излучения, природа которых неизвестна, но которые свидетельствуют о происходящих там активных процессах.

Практически в самом центре находится компактный источник нетеплового излучения Стрелец A*, радиус которого составляет 0,0001 парсек (около 20,6 а. е.), а яркостная температура — около 10 млн градусов. Радиоизлучение этого источника, по-видимому, имеет синхротронную природу. Временами наблюдаются быстрые изменения потока излучения. Нигде в другом месте Галактики подобных источников излучения не обнаружено, зато подобные источники имеются в ядрах других галактик.

С точки зрения моделей эволюции галактик, их ядра являются центрами их конденсации и начального звёздообразования. Там должны находиться самые старые звёзды. По всей видимости, в самом центре ядра Галактики находится сверхмассивная чёрная дыра массой (4,31 ± 0,36)·106 масс Солнца, что показано исследованием орбит близлежащих звёзд. Излучение источника Стрелец А* вызвано аккрецией газа на чёрную дыру, радиус излучающей области (аккреционный диск, джеты) не более 45 а. е.

В 2016 году японские астрофизики сообщили об обнаружении в Галактическом центре второй гигантской черной дыры.
Эта черная дыра находится в 200 световых годах от центра Млечного Пути. Наблюдаемый астрономический объект с облаком занимает область пространства диаметром 0,3 светового года, а его масса составляет 100 тысяч масс Солнца. Пока точно не установлена природа этого объекта — это черная дыра или иной объект.

Аккреционный диск

Основная статья: Аккреционный диск

В стандартной модели АЯГ аккреционный диск (АД) формирует вещество, находящееся вблизи центральной чёрной дыры (ЧД). В отсутствие трения баланс силы тяжести, создаваемой массой центрального тела, и центробежной силы приводит к кеплеровскому вращению. При этом угловая скорость вращения вещества с удалением от центра падает (дифференциальное вращение). В аккреционных дисках высокое давление газа. Дифференциальное вращение газа порождает трение, которое нарушает кеплеровское вращение, превращает энергию упорядоченного движения в энергию турбулентности, а затем — в тепло. В турбулентном газе возникает турбулентный и упорядоченный радиальный поток, который с одной стороны выносит угловой момент вращения наружу, с другой стороны способствует превращению гравитационной энергии в энергию турбулентности. Оба эффекта приводят к значительному нагреву аккреционного диска, что и является причиной его теплового излучения. Теоретически, спектр излучения 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.

Галактика Сейферта

Американский астроном Карл Сейферт опубликовал в 1943 году список из десятка галактик, носящих сегодня его имя. Речь идет о галактиках, имеющих очень маленькое и очень яркое центральное ядро, в чьем эмиссионном спектре преобладают широкие интенсивные полосы.

Вас может заинтересовать

• Шварцшильдовская черная дыра
• Белые дыры в космосе – существуют ли они?
• Черные дыры и Теория струн – существует ли сингулярность и можно ли вернуться из-за горизонта событий?
• Что происходит при столкновении черных дыр
• Исчезает ли информация в черной дыре бесследно?

По размерам и форме это спиральные галактики, похожие на нашу, но в их центре находится ядро диаметром около 1000 световых лет, которое может удерживать до 40% света внутри галактики.

Инфракрасное излучение, испускаемое галактиками Сейферта в 1000 раз больше, чем у обычной галактики, и может за год удвоиться. В некоторых случаях это происходит всего лишь за месяц.

Иногда ядра тоже испускают значительное радиоизлучение, но оно несравнимо с излучением больших радиогалактик. Существует два подтипа галактик Сейферта: Sy 1 и Sy 2, различающиеся шириной полос в их спектрах. Кроме того, ядра Sy 1 — звездного типа (то есть их диаметр меньше одной угловой секунды), тогда как у Sy 2 широкое ядро.

Галактика Сейферта, как это выглядит в инфракрасном диапазоне. Эй, ребята, у вас там все в порядке?

Примечания

1. , с. 371.
2. , с. 372.
3. . Дата обращения 9 января 2014.
4. Burbridge G. R., Burbridge E. M., Sandage A. R. Evidence for the occurence of violent events in the nucley of galaxies//Rev. Mod. Phys.—1963.—35.—p.947-972.
5. Oort J. H. The galactic center// Ann. Rev. Astron. Astrophys.—1977.—15.—p.295-362.
6. Гаген-Торн В. А., Шевченко И. И. Оптическая переменность и радиоструктура внегалактических источников. Свидетельство рекуррентной активности// Астрофизика.—1982.—18.—С.245-254.
7. Van den Bergh S. Explosions in galaxies// Vistas in Astronomy.—1978.—22.—p.307-320.
8. Марсаков В. А., Сучков А. А. Функция металличности шаровых скоплений: свидетельство о трёх активных фазах в эволюции галактик// Письма в Астрон. Журн.-1976.-2.-С.381-385.
9. Птускин В. С., Хазан Я. М. Галактический центр и происхождение космических лучей// Астрон. журн.—1981.—58.—С.959-968.
10. Gensel R. Tounes C. H. Physical conditions, dynamics and mass distribution in the Galaxy// Ann. Rev. Astron. Astrophys.—1987.—25.—p.377-423.

Периодическая активизация ядер галактик

Известны многочисленные косвенные свидетельства того, что вращающиеся галактики периодически оказываются в возбуждённом состоянии, проявляющимся в активизации их ядер. На бывшие в прошлом периоды активности галактик, спокойных в настоящее время, указывают радиальное движение газа, выброшенного из ядра, данные о металличности звёзд, свидетельствующие о том, что процессы звездообразования носят не стационарный, а периодический характер и нерегулярный характер струевидных выбросов. Наблюдаемые в центре нашей Галактики быстрорасширяющиеся кольцевые структуры на расстояниях 3 кпк и 2.4 кпк и комплекс молекулярных облаков на удалении 300 пк от центра также свидетельствуют в пользу такого предположения. Неравномерное распределение вещества в радиусе 2 пк от центра могло быть результатом мощного взрыва, возникшего в центре Галактики примерно 105 лет назад.

Спиральные ветви (рукава)

Одним из наиболее заметных образований в дисках галактик, подобных нашей, являются спиральные ветви (или рукава). Они и дали название этому типу объектов — спиральные галактики. Спиральная структура в нашей Галактике очень хорошо развита. Вдоль рукавов в основном сосредоточены самые молодые звезды, многие рассеянные звездные скопления и ассоциации, а также цепочки плотных облаков межзвездного газа, в которых продолжают образовываться звезды. В спиральных ветвях находится большое количество переменных и вспыхивающих звезд, в них чаще всего наблюдаются взрывы некоторых типов сверхновых звезд. В отличие от гало, где какие-либо проявления звездной активности чрезвычайно редки, в ветвях продолжается бурная жизнь, связанная с непрерывным переходом вещества из межзвездного пространства в звезды и обратно. Галактическое магнитное поле, пронизывающее весь газовый диск, также сосредоточено главным образом в спиральных образованиях.

Спиральные рукава Млечного Пути в значительной степени скрыты от нас поглощающей материей. Подробное их исследование началось после появления радиотелескопов. Они позволили изучать структуру Галактики по наблюдениям радиоизлучения атомов межзвездного водорода, концентрирующегося вдоль длинных спиральных рукавов. По современным представлениям, спиральные рукава связаны с волнами сжатия, распространяющимися по диску галактики. Проходя через области сжатия, вещество диска уплотняется, а образование звезд из газа становится более интенсивным. Причины возникновения в дисках спиральных галактик такой своеобразной волновой структуры выясняются.

Спиральная структура нашей Галактики схема wsyachina.narod.ru

Что представляет собой галактическое ядро

Самый центр, самое сердце галактики, оно скрыто от человеческих глаз по причине мощной завесы из пыли. Поэтому получить сведения об этом объекте можно только в двух диапазонах – инфракрасном и радио. Что касается рентгеновского излучения и гамма, оно также является скрытым. Ядро галактики, по имеющимся на сегодняшний день представлениям, находится в центральной части галактической группы.

Представители учёного мира считают, что оно представляет собой внушительный экзотический объект, отличающийся высоким уровнем плотности и температуры. Внешне он напоминает огромную чёрную дыру. Современные учёные считают, что их количество равно 2. И вторая из них имеет меньшие размеры. Происходит её вращение вокруг центральной части. А наряду с этим «действует» порядка 1 000 дыр небольшого размера.

Что именно происходит с материей в этой зоне, неподготовленному человеку доподлинно неизвестно. Однако точно можно сказать одно: в тех местах всё земное теряет смысл, поскольку материя обретает экзотическое состояние, и земные законы на ней не работают. Многие специалисты свидетельствуют о том, что каждая чёрная дыра имеет свой горизонт событий. Плотность светил в этой окрестности настолько внушительна, что гипотетический наблюдатель мог бы увидеть с них небо бесконечной яркости.

Однако в сравнении с другими галактическими группами ядерную часть нашей системы можно считать относительно спокойной. Ведь есть и другие объекты, на которых наблюдается колоссальные мощности выделяемой энергии. Поэтому даже вспышки сверхновых светил по сравнению с ними выглядят не так эффектно. Источники, которые обеспечивают этот поток, в настоящее время неизвестны.

NGC 7793

Изучив ядро галактики относительно подробно, астрофизики и физики-теоретики пришли к выводу о том, что в целях обеспечения такого внушительного энергетического выделения реакций, протекающих в ядре, недостаточно. Среди всех известных человеку источников есть смысл предположить, что вещество падает в гравитационном поле. Неясность имеет и вероятная роль тёмной, кинетической энергии, выделившейся в ходе Большого взрыва.

Если говорить об энергетической эффективности, такие процессы запросто могут превосходить любые ядерные реакции на несколько порядков. Хотя не исключено, что в тех «широтах» действуют силы, о которых человечество даже и не догадывается. Поэтому у учёных нет 100% уверенности в том, что они движутся в правильном направлении. Ясно только одно: в таких галактиках могут присутствовать необыкновенные по виду и свойствам объекты, требующие особого подхода к изучению. Это нужно не только в целях понимания строения ядерных элементов, но и для разбирательства с широким спектром философских и астрофизических проблем.

Состояние проблемы АЯГ (по В. И. Пронику)

Общепринятая модель АЯГ состоит из вращающейся массивной центральной чёрной дыры и окружающего её аккреционного газового диска, являющегося источником мощного ионизирующего излучения. Эта модель качественно объясняет наблюдаемую корреляцию потоков в непрерывном спектре и широких водородных линиях, а также существование запаздывания между ними. Таким образом, проблема АЯГ сводится к двум основным вопросам: каков механизм излучения непрерывного спектра и каким именно образом это излучение перерабатывается в излучение других спектральных диапазонов. Наблюдаемое в КрАО и зарубежных обсерваториях запаздывание длинноволнового излучения континуума по отношению к коротковолновому может свидетельствовать о том, что свечение большинства АЯГ обусловлено сильным трением и разогревом газа в аккреционном диске. Но надёжного доказательства этому до сих пор нет. С другой стороны, свечение особой группы АЯГ — объектов типа BL Lacertae, может быть обусловлено, как свидетельствуют наблюдения, выполненные крымскими и финскими астрономами, исключительно синхротронным излучением релятивистского газового джета, направленного вдоль оси вращения диска по направлению к наблюдателю. Многолетний спектральный мониторинг АЯГ, проводимый некоторыми зарубежными обсерваториями, а также КрАО (с конца 1980-х годов), совместно с развитием метода реверберационного анализа позволил предположить, что излучение широких эмиссионных линий водорода возникает в газовых облаках, двигающихся по кеплеровским орбитам примерно в одной плоскости и образующих внешний диск. Но общего согласия среди специалистов по этому поводу пока нет

В последнее время в мировых исследованиях особое внимание уделяется изучению взаимосвязи между излучением АЯГ в рентгеновском и оптическом диапазонах. Такая работа проводится и в КрАО

Согласно данным крымских астрономов, источник рентгеновского излучения должен находиться в центре над диском, переизлучающим эту энергию в видимой области спектра. Результаты этих и других исследований опубликованы в книге, содержащей материалы проведённой в КрАО конференции «Переменность АЯГ от рентгена до радио» (Astronomical Society of the Pacific Conference Series, ASPCS, vol.360). Несмотря на определённый прогресс, достигнутый в изучении АЯГ, многие проблемы и задачи остаются нерешёнными, например, такие как объяснение переменности профилей широких водородных линий, природа их «двугорбости» в некоторых АЯГ, кинематика и динамика газа в области диска, повышение точности определения масс центральных чёрных дыр.

Литература

• Физическая энциклопедия / под ред. А. М. Прохорова, ст. «Галактический центр»
• Агекян Т. А. Звезды, галактики, метагалактика.
• Каплан С. А., Пикельнер С. Б. Физика межзвездной среды. — М. — 1979
• Кардашев Н. С. Феноменологическая модель ядра Галактики // в кн. Итоги науки и техники. Серия Астрономия, т. 24. — М. — 1983.
• Melia Fulvio. The Black Hole in the Center of Our Galaxy, Princeton U Press, 2003 (англ. )
• Eckart A., Schödel R., Straubmeier C. The Black Hole at the Center of the Milky Way. — London: Imperial College Press. — 2005 (англ. )
• Melia Fulvio. The Galactic Supermassive Black Hole. — Princeton U Press, 2007 (англ. )

Астрография Править

«Как их много! И у каждой есть планеты?»«У большинства».

— Энакин Скайуокер и Квай-Гон Джинн (источник)

Карта галактики, изображающая местоположение некоторых планет.

Галактика была разделена на несколько регионов, из которых Ядро было наиболее близким к её центру и самой яркой областью космоса. Его окружали густонаселённые Центральные Миры, откуда происходила человеческая раса. За пределами Ядра находились Колонии, Внутреннее Кольцо, Неизведанные Регионы, Среднее Кольцо и территории Внешнего Кольца. Области галактического диска также могли упоминаться как галактический север, юг, запад и восток, при этом Западные Рубежи находились в приделах галактического юга. Для упрощённой навигации по галактике существовала стандартная сетка координат, разграничивавшая участки по координатам.

Неизведанные Регионы находились в западной части галактики, и на протяжении всей галактической истории оставались практически
неисследованными, во многом из-за того, что большинство внешних торговых путей были направлены к галактическому востоку, в Дикое Пространство, которое было населено множеством разумных видов, но, тем не менее, эти области никогда не были полностью описаны, изучены или окультурены.

Из-за невообразимо больших расстояний между системами на космический транспорт устанавливалась двигательная система, известная как гипердвигатель, позволявшая им путешествовать сквозь гиперпространство, представлявшее собой альтернативное измерение, в котором звёздные корабли могли, воспользовавшись «складками» в ткани пространства, значительно сократить время в пути, совершая «прыжки» между точками назначения, не совершая непосредственно перелёта между ними.

У галактики было по меньшей мере две галактики-спутника, одной из которых был Лабиринт Риши. Наиболее примечательными объектами галактики были 50 чудес Ядра, 30 чудес Среднего Кольца и 25 чудес Внешнего Кольца.