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 фокус эксперимента Майкельсона?

Эксперимент А. Майкельсона, Майкельсона - Морли - действительно является цирковым фокусом, загипнотизировавшим физиков на 120 лет.

Дело в том, что в его постановке и выводах произведена подмена, аналогичная подмене в школьной шуточной задачке на сообразительность, в которой спрашивается:
- Cколько яблок на березе, если на одной ветке их 5, на другой ветке - 10 и так далее
При этом внимание учеников намеренно отвлекается от того основополагающего факта, что на березе яблоки не растут, в принципе.

В эксперименте Майкельсона ставится вопрос о движении эфира относительно покоящегося в лабораторной системе интерферометра. Однако, если мы ищем эфир, как базовую материю, из которой состоит всё вещество интерферометра, лаборатории, да и Земли в целом, то, естественно, эфир тоже будет неподвижен, так как земное вещество есть всего навсего определенным образом структурированный эфир, и никак не может двигаться относительно самого себя.

Удивительно, что этот цирковой трюк овладел на 120 лет умами физиков на полном серьезе, хотя его прототипы есть в сказках-небылицах всех народов всех времен, включая барона Мюнхаузена, вытащившего себя за волосы из болота, и призванных показать детям возможные жульничества и тем защитить их во взрослой жизни. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.