Взаимодействующие галактики. Ядра галактик и их активность.

Близко расположенные друг к другу галактики иногда бывают связаны между собой полосой светящейся материи. Часто эти светящиеся полосы являются продолжением спиральных ветвей. Цвет полос голубоватый и они состоят из горячих гигантов и сверхгигантов. Часто галактики погружены в общий “звёздный туман”.

Взаимодействующие галактики изучал Б.А. Воронцов-Вельяминов. Он составил атлас взаимодействующих галактик, куда вошло 355 объектов. Так как для исследования использовался Паломарский атлас неба, включающий много слабых галактик, не учтённых в NGC, взаимодействующим галактикам Воронцова-Вельяминова даны особые обозначения, например, VV 13.

В большинстве случаев особенности форм взаимодействующих галактик объясняются возмущающими приливными силами, действующими на звёзды галактики со стороны другой. Многие исследователи считают, что взаимодействующие галактики сближаются, но В.А. Амбарцумян предположил, что мы наблюдаем процесс разделения одной галактики на две или несколько. При этом происходит бурный процесс взрывного характера.

У большинства галактик можно выделить яркую центральную часть, называемую ядром. Эта область отличается большой звёздной плотностью, достигающей 10⁶ - 10⁸ пс^-3. Даже при таких плотностях столкновений не бывает.

Исследования последних лет показали, что ядро не является просто более плотным местом галактики, в самом центре ядра можно обнаружить ещё одно сильное уплотнение - ядрышко. При наблюдении ядра туманности Андромеды (размеры его 100 пс) удалось выделить яркое ядрышко поперечником 1--14 пс. Оно вращается как твёрдое тело, с периодом обращения 500 000 лет. Масса его - 13 млн. солнечных масс. Плотность его 1500 солн. масс на 1 пс³, в 20 000 раз больше, чем в окрестностях Солнца. Оно себя ведёт таким образом, как будто это самостоятельное образование, вложенное в галактику.

Радиоисследования нашей Галактики показали, что в центре имеется ядрышко размером в 6 пс.

Ядра большинства галактик содержат эмиссионные линии в спектрах. Особенно распространена длина волны, принадлежащая дважды ионизованному кислороду. Для того, чтобы дважды ионизовать кислород должно быть мощное ультрафиолетовое излучение. Характер эмиссионных линий указывает, что газы движутся со скоростями около 8000 км/с. В ядрах происходят какие-то бурные процессы, природа которых неясна.

Наблюдения некоторых галактик показали, что в ядрах могут происходить грандиозные взрывы. Так в ядре галактики NGC 3034 наблюдается взрыв с выбросом энергии больше 10⁴⁹ Дж, т.е. в миллион раз больше, чем при вспышке сверхновой звезды. Вполне возможно, что каждая галактика переживает на какой-то стадии своей эволюции взрыв в ядре. В среднем по статистике должна наблюдаться одна взрывающаяся галактика на тысячу, поэтому сейчас известно мало таких объектов. Эмиссионные линии спектров ядер галактик могут говорить о бывших в прошлом взрывах. Вещество в результате взрыва выбрасывается из центра галактики и за 10 млн. лет разбрасывается на большое расстояние, так что не остаётся и следа от взрывного процесса.

Галактики с активными ядрами составляют несколько % от количества нормальных галактик. Особенно часто встречаются сейфертовские галактики, в центре которых наблюдается яркий источник малого углового размера. Непрерывный спектр его имеет нетепловой характер, т.е. не объясняется излучением горячих тел. Широкие эмисссионные линии в спектрах говорят о большой скорости движения газов. Важной особенностью излучения ядер является их переменность. Иногда светимость ядра меняется за несколько месяцев или дней. Это указывает на то, что основной источник излучения в ядре очень мал по сравнению с размерами галактики.

25.3 Радиогалактики и квазары.

Галактики часто бывают источниками радиоизлучения. Однако, с больших расстояний, больше 5-6 Мпс, радиоизлучение нормальных галактик оказывается слишком слабым для современных наблюдательных средств. В среднем радиоизлучение нормальных галактик в миллион раз меньше оптического излучения. Наряду с нормальными галактиками встречаются особенные, радиоизлучение которых на несколько порядков выше и лежит в пределах от 10²⁸ до 10³⁴ квт. В большинстве случаев оптическое излучение таких галактик слабо и не всегда удаётся отождествить радиогалактику с оптическим источником.

Радиогалактики являются одной из разновидностей галактик с активными ядрами. Они обычно относятся к числу массивных эллиптических галактик. Механизм излучения синхротронный м связан с выбросом из галактики облаков релятивистских частиц, движущихся в магнитном поле. Всего известно около 500 радиогалактик. Самая выдающаяся радиогалактика - Лебедь А. Это мощнейший дискретный источник радиоизлучения, но в оптическом диапазоне он имеет всего 18 зв. величину. М = -20,5 зв. вел. Но энергия радиоволн всё равно преобладает над оптическим излучением. Бааде и Минковский предложили, что радиоизлучение происходит из-за проникновения друг в друга двух спиральных галактик. При столкновении на большой скорости спиралей происходит их разогрев и свечение.

Особенностью этого объекта является то, что область радиоизлучения не совпадает с видимой галактикой, а располагается двумя эллиптическими лопастями по обе стороны от зоны оптического излучения. Центры областей радиоизлучения находятся от видимого двойного ядра на расстоянии около 80 000 пс, а размеры их значительно больше оптических размеров - двойного ядра и окружающего гало.

У радиогалактики Дева А (Virgo A/М 87/NGC 4486) радиоизображение практически совпадает с оптическим. У видимой туманности хорошо заметен радиально расположенный выброс, состоящий из сгустков светящейся материи. Выброс сам по себе тоже является источником радиоизлучения.

Особый класс объектов представляют собой квазары, открытые голландским астрономом М.Шмидтом в 1963 году. Было установлено, что наподобие точечных источников света - звёзд - во вселенной существуют точечные источники радиоизлучения. Эти объекты назвали первоначально радиозвёздами, а потом квазизвёздными объектами, сокращённо квазарами. С развитием радиоастрономии и повышением углового разрешения радиотелескопов, точечные источники радиоизлучения были отождествлены с некоторыми оптическими. Эти объекты излучают в оптическом диапазоне с сотни раз мощнее галактик, а основная часть излучения исходит из ядра размером не более 0,1 пс или меньше. Это ядро квазара окружено газовой оболочкой, простирающейся на сотни парсек. Квазары обладают мощным радиоизлучением, а некоторые из них - инфракрасным и рентгеновским.

В 1965 году А. Сэндидж открыл квазаги - объекты, подобные квазарам, но не обладающие заметным радиоизлучением.

Первоначально спектры квазаров не поддавались расшифровке, но затем удалось установить, что их можно объяснить, полагая, что спектральные линии обладают красным смещением, сравнимым или значительно большим, чем у самых далёких из наблюдаемых галактик. Если это красное смещение связано с космологическим расширением, то квазары - самые далёкие из известных объектов Вселенной, а их мощность излучения, достигающая 10⁴¹ Вт, больше, чем у любых других известных объектов.

В спектрах некоторых квазаров удалось отождествить как линии излучения, так и линии поглощения, и в этих случаях были обнаружены интересные особенности. Оказалось, что в спектрах квазаров может присутствовать несколько групп линий поглощения, имеющих различные красные смещения, которые в свою очередь отличаются от красного смещения линий излучения. Если все эти красные смещения объясняются эффектом Допплера, то относительные скорости областей, излучающих свет, и областей, в которых возникают линии поглощения, могут составлять значительную долю скорости света. Это связано либо с большими относительными скоростями в самом квазаре, либо с существованием облаков межгалактического газа между квазаром и наблюдателем, которые поглощают свет квазара.

Сегодня известно более 1500 квазаров. Они расположены на расстоянии в миллиарды световых лет. Обычные галактики с таких расстояний наблюдаться не могут. Большинство квазаров расположено в пределах некоторого интервала расстояний. Это говорит о том, что они возникли на определённом этапе эволюции Вселенной.

В настоящее время многие исследователи считают, что квазары являются ядрами галактик, находящимися в стадии чрезвычайно сильной активности. Сходство придают переменность излучения, компактность, нетепловой характер спектра, сильное расширение эмиссионных линий, наблюдаемых в спектрах квазаров. Однако, у большинства квазаров мощность выделения энергии в сотни и тысячи раз больше, чем у активных ядер галактик. Звёзды галактики, окружающей квазар, обычно не видны, так как квазары находятся на больших расстояниях и яркий блеск квазара не позволяет видеть слабый свет звёзд. Вокруг десятков близких квазаров обнаружены слабые протяжённые оптические туманности. Их средний размер около 90 000 пс, а светимость в несколько раз меньше светимости ярчайших галактик. Неизвестно, есть ли в этих туманностях звёзды.

Механизм выделения большого количества энергии квазарами до конца не ясен. Предполагается, что он связан с высвобождением энергии гравитационного взаимодействия тел. Необходимая энергия может выделяться при падении газа в очень глубокую потенциальную яму, например, на массивную чёрную дыру или при сжатии плазменных тел с массой в сотни миллионов масс Солнца под действием собственной гравитации.

Недавно был обнаружен квазар в ядре радиогалактики Лебедь-А. Расстояние от нас всего 600 млн световых лет. Изучая ультрафиолетовый спектр ядра, учёные обнаружили широкие линии излучения ионизованного магния, принадлежащие вращающемуся с большой скоростью газу. Учитывая высокую светимость ядра и большую массу, учёные предположили, что открытый объект является квазаром.

Изучение большого количества квазаров на Космическом телескопе им. Хаббла в 1995 году привело к выводу, что недалёкие квазары (z = 0,5) связаны со взаимодействующими эллиптическими галактиками. Многие квазары располагаются в центрах подобных звёздных систем. Это подтверждает мнение, что квазары являются массивными чёрными дырами, на которые происходит аккреция вещества. Исследуемые квазары имеют разнообразную природу, излучают в радио, оптическом и рентгеновском диапазонах.