Объекты с активными ядрами. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Объекты с активными ядрами - внегалактич. объекты, характеризующиеся, по крайней мере, одним из следующих признаков активности ядер: высокой мощностью излучения (10⁴² - 10⁴⁸ эрг/с), наличием эмиссионных линий, значительным рентг., ИК- или радиоизлучением, поляризацией излучения, переменностью и выбросами вещества из ядра. Все эти признаки отличают нестационарные О. с а. я. от стационарных нормальных галактик. К классу О. с а. я. относятся квазары, сейфертовские галактики, лацертиды и радиогалактики с узкими спектральными линиями.
Квазары и ядра сейфертовских галактик типа 1 (Syl) характеризуются наличием в спектрах широких (соответствующих скоростям до 15000 км/с) разрешённых эмиссионных линий (водород, гелий и др.) и узких запрещённых, прежде всего линий кислорода [OIII] (4959

5007

), а также линий др. элементов, большой амплитудой переменности и сильным рентг. излучением, иногда и

-излучением. Мн. квазары являются сильными радиоисточниками, но прямой корреляции между радио- и оптич. активностью нет. Ядра сейфертовских галактик типа 2 (Sy2) имеют малую амплитуду переменности, в ср. на порядок меньшую мощность рентг. излучения, но характеризуются значительными ИК-избытками излучения (см. Астрофотометрия ).Разрешённые и запрещённые линии одинаково узкие (от сотен до 1000 км/с). ИК-избытки обусловлены переизлучением пыли с температурой неск. сотен Кельвинов. Лацертиды, названные так по прототипу BL Lacertae (BL Ящерицы), отличаются прежде всего почти полным отсутствием в спектрах сильных эмиссионных линий, что затрудняет определение расстояний до них (невозможно измерить красное смещение). Тем нe менее установлено, что лацертиды - внегалактич. источники: для одних объектов измерено красное смещение по очень слабым линиям в спектре, для других - красное смещение определено косвенным образом - по характеристикам окружающей туманности. Лацертиды, как и квазары, имеют на снимках звездообразный вид, однако у нек-рых объектов (так же, как и у нек-рых квазаров) обнаружены окружающие ("родительские") галактики, что, собственно, и даёт основания считать квазары и лацертиды активными ядрами галактик. Амплитуда переменности лацертид составляет 3^m - 4^m, оптич. поток сильно (у нек-рых объектов до 30 - 40%) поляризован. Все лацертиды довольно мощные и переменные радиоисточники. Активность радиогалактик, относящихся к О. с а. я., проявляется в осн. в радиодиапазоне. В оптич. диапазоне они характеризуются узкими (100 - 300 км/с) эмиссионными линиями.
Предполагается, что перечисленные объекты представляют собой один тип объектов. Различия обусловлены наличием или отсутствием пыли, разными углами зрения (наклонами плоскости галактики к лучу зрения), циклами активности и полными светимостями.
Активность О. с а. я. зависит от природы их центр. источников. Оптич. эмиссионные спектры, к-рые ещё в нач. 1970-х гг. доминировали в построении моделей, есть явление вторичное. Эмиссионные линии возникают довольно далеко от центра (10¹⁷ - 10¹⁹ см), поэтому осн. информацию о центр. источниках О. с а. я. даёт исследование переменности их излучения в широком диапазоне эл--магн. спектра. Естественно, что для большинства О. с а. я. исследована оптич. переменность. Наиб. подробные наблюдения переменности проведены для ядра сейфертовской галактики NGC 4151. Этот объект считается классич. прототипом О. с а. я.
Многолетние наблюдения переменности ядра NGG 4151 дают след. картину. Макс. амплитуда изменений непрерывного спектра (континуума) - в рентг. диапазоне (~2^m в диапазоне 2 - 10 кэВ), минимальная - в ИК-диапазоне (меньше 0,5^m в диапазоне 1,6 - 2,2 мкм). Характерное время переменности минимально (12 ч) в рентг. диапазоне (2 - 10 кэВ), 15 сут в оптич. диапазоне и не менее 2 мес в ИК-диапазоне. Это естественно связать с эфф. размерами соответствующей области излучения - минимальными (12 световых ч) в рентг. диапазоне. Спектр NGC 4151 (рис. 1) имеет плоскую часть в интервале 4 порядков по частоте, что соответствует светимости 7-Ю⁴⁴ эрг/с в диапазоне 10 кэВ - 3 МэВ. Оптич. светимость 4 * 10⁴² эрг/с. Полная светимость ядра NGC 4151 превышает 10⁴⁵ эрг/с, причём макс, энергия выделяется в коротковолновом диапазоне. Такая светимость соответствует 10¹¹ - 10¹² (

= 3,8*10³⁸ эрг/с - светимость Солнца), выделяется она в объёме с размерами Солнечной системы (~ 10 световых часов).
Исследования спектральной переменности О. с а. я. привели к обнаружению быстрой (характерное время 2 - 3 нед) переменности водородных линий

линии углерода CIV (1550

) и некоторых других.. При этом переменность потока в эмиссионных линиях коррелирует с переменностью УФ-континуума с запаздыванием на 2 - 4 нед. Время запаздывания больше для линий низкой ионизации (

); напр., для NGC 4151 время запаздывания переменности CIV составляет

13 сут, а

- 20 - 25 сут. Быстрая переменность интенсивности линий свидетельствует прежде всего о высокой концентрации газа п в области (оболочке), излучающей разрешённые линии (скорость рекомбинации ~1/п), п ~ 10¹⁰ - 10¹¹ см^-3. Поскольку при такой плотности оболочки наблюдается мягкое рентг. излучение (0,05 - 0,5 кэВ), к-рое в этих условиях должно сильно поглощаться, она не может быть сплошной, а состоит, по-видимому, из отд. плотных облаков с большой скважностью (~10^-3). Облака ионизуются коротковолновым излучением центр. источника, а затем высвечиваются в разрешённых линиях. Интенсивность запрещённых линий постоянна в течение не менее 10 лет. Запрещённые линии образуются на очень далёких расстояниях - до неск. парсек. Экстремальным случаем быстрой переменности эмиссионных линий следует считать переход из одного сейфертовского типа в другой, к-рый наблюдался в неск. объектах, напр. в NGC 4151 (переход Syl в Sy2), в NGC 1566 (Sy2 в Syl). Исчезновение или появление широкого компонента разрешённых линий происходит за неск. месяцев, при этом усиливается или ослабляется континуум, т. е. переход из одного сейфертовского типа в другой также есть результат фотоионизации оболочки перем. излучением центр. источника.

В нек-рых О. с а. я. в радиодиапазоне наблюдаются узкие струи выброшенного вещества (джеты). В NGC 4151 обнаружены узкие переменные эмиссионные линии, к-рые хорошо видны в минимуме блеска около резонансной линии CIV. Эти линии не могут возбуждаться фо-тонопизацией и, по-видимому, возникают в струях, скорость движения вещества в к-рых ок. 0,1 с. На частоте 15 ГГц в NGC 4151 видны структуры на расстояниях в десятки и сотни парсек, к-рые интерпретируются как джеты S-образной формы. Аналогичные джеты, часто односторонние, наблюдаются и в др. О. с а. я. Возможный период прецессии джетов 10⁴ - 10⁶ лет.
К перечисленным данным наблюдений следует добавить отсутствие строгих пернодичностей переменности блеска О. с а. я., значит, долю тепловой составляющей. в перем. оптич. излучении (в радиодиапазоне - синх-ротронное излучение релятивистских электронов в магн. поле), зависимость амплитуды медленной составляющей переменности от наклона галактики и нек-рые др. В целом совокупность данных наблюдений, в т. ч. по переменности континуума в разных диапазонах, позволяет сделать вывод, что наиб. приемлемой моделью О. с а. я. является модель дисковой аккреции на сверхмассивную чёрную дыру. Известно, что наиб, эфф. механизм выделения энергии (кроме аннигиляции) - аккреция вещества в гравитац. поле чёрной дыры. При этом может выделяться до 43% полной (тс²) энергии вещества. Следующий по эффективности механизм - термоядерные реакции - даёт энерговыделение на порядок меньше. Модель дисковой аккреции и качественно и количественно объясняет большинство наблюдаемых феноменов О. с а. я., хотя и нуждается в дальнейшей разработке и детализации (напр., тот факт, что осн. доля энергии О. с а. я. выделяется в жёстком диапазоне 1 КэВ - 100 МэВ, трудно объяснить в рамках стандартной модели дисковой аккреции, как, впрочем, и в рамках др. моделей). Предлагавшиеся ранее модели компактного звёздного скопления или замагниченного наклонного ротатора (магнитоида) оказались несостоятельными, в частности как по распределению энергии, так и по характеру переменности в разных диапазонах. Модель дисковой аккреции требует наличия вещества, к-рое образует аккреционный диск и даёт наблюдаемое энерговыделение. Одним из эфф. механизмов поставки вещества в диск является приливное разрушение звёзд в гравитац. поле сверхмассивной чёрной дыры (достаточно ~1

в год;

- масса Солнца). Такой механизм возможен при повыш. плотности звёзд в О. с а. я. Это условие не противоречит наблюдениям: для О. с а. я. характерна повышенная по сравнению с нормальными галактиками концентрация поверхностной яркости (а следовательно, и массы, т. к. поверхностная яркость галактик определяется в основном звёздами). С повыш. концепт-рацией яркости связан и вопрос эволюции О. с а. я. Существуют две гипотезы: явление О. с а. я. есть фаза в эволюции любой спиральной или эллиптич. галактики; активные ядра образуются только в галактиках, имеющих повыш. концентрацию массы. Второй случай соответствует длинной (~10¹⁰ лет) шкале жизни О. с а. я. По-видимому, наблюдения больше поддерживают вторую гипотезу.
Наиб. вероятной представляется след. упрощённая схема О. с а. я. (рис. 2): сверхмассивная (~10⁸) чёрная дыра с гравитац. радиусом ~3 х 10¹³ см, на к-рую аккрецирует вещество приливно разрушаемых звёзд, образующее дискообразную структуру; область рентг. излучения имеет размеры 10¹⁴ - 10¹⁵ см (световые часы), затем следуют область оптич. континуума (световые дни) и разрешённых эмиссионных линий (до 10¹⁷ см), область ИК-континуума (световые месяцы), на расстоянии ~10¹⁹ см (парсеки) - область излучения запрещённых линий. Перпендикулярно плоскости диска расположены оптич. и радиоструи протяжённостью до неск. парсек (в радиодиапазоне). Здесь же, в полярных конусах диска, вблизи области жёсткого излучения, возникают линии высокой ионизации ([FeX] и др.). Проблема образования релятивистских коллимированных струй ещё не решена окончательно. Возможно, перспективной является модель

-пушки, в к-рой чёрная дыра имеет определённые вращат. момент и магн. поле. При дисковой аккреции замагниченной плазмы формируется сильное электрич. поле, к-рое ускоряет заряж. частицы перпендикулярно плоскости диска до релятивистских скоростей, что в конечном итоге приводит к мощному потоку

-излучения. При этом плазма в жерле внутр. части аккреционного диска прозрачна для квантов с характерной энергией ~ 100 МэВ. Коллимированные (узконаправленные) джеты могут быть связаны с узкой направленностью пучка

-квантов. При массе ~10⁹ и поле ~ 10⁴ Гс полный поток энергии направленного

-излучения и релятивистских электронов достигает 10⁴⁶ эрг/с.

Литература по объектам с активными ядрами

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.