Активні ядра галактик

Активні ядра галактик. PG 0052 = 251, отримане космічним телескопом "Hubble"
Активні ядра галактик. Ліворуч комбіноване радіо- та оптичне зображення галактики NGC 4261 та струменів з її ядра, отриманих із Землі. Праворуч — зображення активного ядра галактик NGC 4261, отримане космічним телескопом "Hubble"

Акти́вні я́дра гала́ктик — ядра галактик, в яких спостерігаються процеси, що не можна пояснити властивостями зір та газово-пилових комплексів, з яких ці галактики складаються.

Визначенню активних ядер галактик як окремого класу об’єктів сприяли два відкриття. Спершу в 1940-х К. Сейферт виявив у спектрах яскравих ядер низки спіральних галактик широкі сильні емісійні лінії високого збудження. Спроба пояснити розширення цих ліній впливом Доплера ефекту дозволила виявити, що швидкість руху випромінюючого газу в них має становити від кількох сотень до кількох тисяч км/сек. Такі галактики отримали назву сейфертівських. Згодом на основі спектральних характеристик їх було поділено на два основні типи: Сейферти 1, Сейферти 2 — та проміжні. Потім у 1950-ті — на початку 1960-х було відкрито квазари (англ. quasar або скорочено QSO від quasistellar object — квазізоряний об’єкт), тобто радіоджерела, що мають зорову подібність до зірок, але відзначаються змінністю видимого блиску й значною потужністю випромінювання (1038–1041 Вт). У це й же час сталося відкриття радіогалактик, яким властиве сильне радіовипромінювання (1033–1038 Вт) й дуже малий кутовий розмір джерела.

1963 астрофізик М. Шмідт коректно інтерпретував спектр квазару 3С 273, ототожнивши його з активним ядром галактик, розташованим на величезній відстані, що характеризується значенням червоного зміщення z = 0,158. Одночасно з ним інші дослідники отримали схожі результати для інших об’єктів (3С 48, 3С 196 і 3С 286). Було з’ясовано, що квазари належать до найпотужніших та найвіддаленіших активних ядер галактик у відомій частині Всесвіту, їхні червоні зміщення знаходяться в межах діапазону від z = 0,04 (квазар HZ 46) до z = 7,085 (квазар ULAS J1120 + 0641). Згодом було відкрито ще кілька типів активних ядер галактик. За спостережними характеристиками відомі активні ядра галактик поділяються на сейфертівські галактики, радіогучні та радіотихі ядра, квазари, блазари (або лацертиди) та лайнери (від англ. liner). Активні ядра галактик відрізняються між собою за світністю, характеристиками зміни блиску й спектральними параметрами. За морфологічною приналежністю активні ядра галактик розподіляються на такі різновиди: сейфертівські типи (у спіральних галактиках), радіогалактики та блазари (у гігантських еліптичних галактиках) і квазари (в еліптичних, рідше — у спіральних галактиках звичайних розмірів).

Активні ядра галактик є найяскравішими джерелами світла у Всесвіті, їхня світність коливається від ~1033 до 1041 Вт, тобто є в 103 разів більшою, ніж у типових «спокійних» галактик. Розмір джерела такого потужного вивільнення енергії є співмірним із розміром Сонячної системи. Активні ядра галактик зазвичай виглядають як зореподібні об’єкти, що відзначаються потужним випромінюванням у енергетичному діапазоні від радіо- до γ-хвиль зі змінністю випромінювання з інтервалом від кількох годин до кількох років. Випромінювання активних ядер галактик у цілому спектрі або його частині є нетепловим, тобто не є випромінюванням чорного тіла. Його зумовлено синхротронним механізмом і зворотним ефектом Комптона. Частини активних ядер галактик (переважно радіогучних) властива наявність високошвидкісних вузьких викидів газу у вигляді струменів (джетів, від англ. jet), які, як правило, мають у кілька разів більші розміри, ніж материнська галактика. Видима швидкість розповсюдження джетів може перевищувати швидкість світла (реальна швидкість руху джетів коливається від кількох відсотків від швидкості світла до швидкості, яка майже дорівнює швидкості світла).

Єдиним відомим науці джерелом енергії, здатним забезпечити потужність випромінювання, що відповідає отриманим внаслідок спостережень даним, є акреція газу у гравітаційному полі надмасивної чорної діри (НМЧД) з масою ~106–109 мас Сонця. Гіпотезу про присутність НМЧД в центрах активних ядер галактик вперше запропонували 1964 Я. Зельдович та І. Новіков, незалежно від них таку ж гіпотезу висунув Е. Солпітер і розвинув Д. Лінден-Белл 1969. Тепер ця гіпотеза є загальноприйнятою. Спираючись на накопичені знання про активні ядра галактик, у 1980-х Р. Антонуччі і Дж. Міллер розробили так звану «уніфіковану модель» активних ядер галактик, що складається з двох основних пунктів. Суть першого пункту полягає в твердженні, згідно з яким основним компонентом центру активних ядер галактик є НМЧД, навколо якої обертається гарячий іонізований газовий диск (акреційний диск), на краях якого газ переходить у газопиловий тор. Серед елементів активних ядер галактик виділяють також (у порядку віддалення від центру) область широких спектральних ліній (англ. BLR) і область вузьких спектральних ліній (англ. NLR). Джерелом енергії активних ядер галактик є гравітаційна енергія, виділена внаслідок спіралевидного падіння на НМЧД газу з акреційного диску. У цій системі іноді виникає швидкий потужний струмінь газу (джет), що рухається перпендикулярно до акреційного диску, тобто вздовж осі його обертання. Ці струмені найкраще можна зафіксувати в радіодіапазоні. Другий пункт умовної моделі полягає в тому, що вона пояснює відмінність між типами активних ядер галактик спостереженням її під різним нахилом відносно спостерігача. Згідно з умовною моделлю, відмінність між типами Сейферт 1 та Сейферт 2 полягає в тому, що Сейферт 1 спостерігається, якщо активне ядро галактики орієнтоване до спостерігача площиною або під невеликим кутом, а Сейферт 2 — якщо активне ядро галактики спостерігається «з ребра» чи під великим кутом. Застосування цього пункту найкраще виявляється у радіохарактеристиках активних ядер галактик. Наприклад, радіогучні блазари ототожнюються з ядрами, у яких джет рухається точно на спостерігача під нульовим кутом або під кутом у кілька градусів. Це пояснення узгоджується з характеристиками блазарів, отриманими під час спостережень (швидка зміна блиску й майже повна відсутність ліній у спектрі). У разі, якщо радіогалактику орієнтовано під великим кутом стосовно спостерігача, можна спостерігати протяжну структуру джетів. Такі галактики мають свою класифікацію й поділяються на різновиди залежно від форми, розміру й розподілу радіояскравості цих струменів на типи Фанаров-Райлі I або II (FRI, FRII)

Література

  1. Черепащук А. Поиски черных дыр // Успехи физических наук. 2003. Т. 173. № 34.
  2. Сурдин В. Галактики. Москва, 2013.
  3. Александров А., Вавилова И. и др. Общая теория относительности: признание временем. Киев, 2015.

Автор ВУЕ