Радиогалактики

НАОП “Ю.Гагарин”

Стара Загора
2.

РАДИОГАЛАКТИКИ

Радиоастрономията води началото си от ІІ световна война. През 1942 г. английските радиолокатори били насочени към Германия и открили шумове, приети отначало за противникови. Джеймс Хейл оглавил групата на военновъздушните сили за анализ на объркващите шумове, някои от които периодично се появявали с появата на Слънцето сутрин – така било откито радиоизлъчването на Слънцето, свързано със слънчевата активност.

Още през 1931-32 г. телефонната компания “Бел” в САЩ възложила на своята радиолаборатория да изследва високочестотните радиошумове в атмосферата. Карл Янски класифицирал тези радиошумове, като “постоянен свистящ шум от неизвестен произход, който менял посоката си с денонощен период. После се изяснило, че той идва от центъра на Галактиката. Но астрономите не обърнали внимание на откритието на Янски своевременно и радиоастрономията забавила раждането си едва след ІІ-та световна война, когато били открити много радиоизточници, някои от които били отъждествени с оптични обекти. Съставени били първите каталози на радиоизточниците в Англия и Австралия.

“Радиоушите” тук са дълги милиони св.г. Как ли са възникнали? В центъра на изображението е голямата необикновена елиптична галактика NGC 1316. Изследванията показват, че преди 100 милиона години тя е погълнала малка съседна галактика. В резултат, газът от междузвездното пространство се устремил към черната дупка в центъра на голямата галактика, завихрил се и част от ускорения газ е изхвърлен по направление на оста на въртене на масивната черна дупка, т.е. към галактичните полюси. Остатъкът от тези джетове днес се наблюдава като “радиоуши”, оцветени тук в оранжево. Върху радиоизображението е нанесено изображение във видими лъчи на същата галактика.
3.

единици за измерване

Отначало били правени опити да се въведе радиоастрономическа звездна величина по подобие на оптичната, но инженерите не възприели това. Затова е въведена единицата

янски – Jy

1 Jy = 10(*-26) W/m.m.Hz

Към най-ярките радиоизточници на небето са обекти като мъглявината от свръхнова Касиопея А (11 000Jy).

Изобщо, двойнствеността на радиогалактиките е тяхна характерна особеност. Има и изключения, като радиообекта Дева А, който съвпада с оптическата галактика NGC 4486.

И така, говорим за радиогалактика, когато радиоизлъчването е много над обикновеното. Една обикновена спирална галактика излъчва във видимата област с мощност около 5.10(*36) W, а в радиодиапазона 5.10(*31) W, което е 100 000 пъти по-малко.

Радиогалактиките, които обикновено са гигантски по размери и имат мощно оптическо излъчване с един порядък повече от обикновените галактики 10(*37) W, в радиодиапазона излъчват почти толкова - 10(*35) W до 10(*41) W.

Тези изображения на радиогалактики, получени с космическия телескоп “Хъбъл” са комбинирани с радиоизображения, получени с Големия радиоинтерферометър VLAI – контурите, очертан със сини линии. Така се получават изненадващо подробни струи от газ и звезди, показващи механизма на радиоизлъчване.

Отляво е радиогалактиката 3С 265. Чрез добрата разделителна способност на космическия телескоп “Хъбъл” става възможно да се видят няколко ярки звездни купа или галактики-джуджета около централната компактна структура на галактиката. Синята линия сочи оста на радиоемисия, която издава вида на галактиката – радиогалактика.

В центъра е радиогалактиката 3С 324 с няколко малки ярки компонента, вероятно изхвърлени по радиооста. Комбинираното проучване с “Хъбъл” и Инфрачервения телескоп на Англия изявява широка прахова ивица в централния район на тази галактика.

Вдясно е радиогалактиката 3С 368 в най-изявения стадий на развитие на радиогалактиките. По цялата ос на радиоизлъчването са разположени ярки участъци от звезди или прах.

8.

квазари

През 1963 г. е открит точков радиоизточник 3С 48. След него 3С 198 и 3С 286, които като че ли потвърджавали търсените тогава радиозвезди в Галактиката. Спектърът им, получен с 5-метровия телескоп наистина бил звезден, но необикновен. Както изяснил по-късно холандецът Мартин Шмидт от Калтех, необикновестта му се дължала на твърде голямото червено отместване – 0,158 при 3С 48, примерно, което отговаря на разстояние 500 Мпс. Това ги правело още по-необичайни от предполагаемите радиозвезди в Галактиката, които така и не били открити.

Сега са известни повече от 10 000 квазара, които не са еднородна група – някои са силни радиоизточници, други са с изявена променливост в оптическия спектър. Всички квазари имат значително ултравиолетово и инфрачервено излъчване.

Така че, ако преди квазарите се отнасяха към радиоизточниците, сега те по-скоро спадат към галактиките с активни ядра. Още повече, оказа се, че те наистина са ядра на галактики – най-далечните във времето и пространството.

И така, квазарът е обект, който излъчва в малка област от пространството (една милионна от размерите на типична галактика или област, сравнима със Слънчевата система), при това толкова енергия, колкото 1000 галактики заедно и поне 10% от тази енергия е в радиодиапазона.

Учените не изключват възможността нашата Галактика някога да е била квазар.

Сега е прието, че квазарите са активни ядра на галактики със свръхмасивна черна дупка от стотици милиони пъти масата на Слънцето. Би следвало и галактиките около тези ядра да са огромни, масивни и ярки, но в най-добрия случай около някои по-близки квазари има едва забележими мъглявини от слабия блясък на звезди. От последните наблюдения на телескопа с активна оптика Gemini на Хаваите на 9 квазара, оказа се, че 8 от тях нямат никаква галактика около себе си, а единият е заобиколен с галактика, подобна на Млечния път.

12.

Това е ядрото на близката спирална галактика М 51 или Водовъртеж, получено в близък план от Широкоъгълната планетарна камера на космическия телескоп “Хъбъл”. Размерът на изображението е 1 100 св.г.

Разкрива се загадъчна Х-образна структура. Свръхмасивната черна дупка в ядрото на тази галактика не се вижда, както и акреционния диск около нея. Единият тъмен мост от Х-образната структура вероятно е прах с маса поне милион слънчеви, пресичащ акреционния диск с диаметър от 100 св.г.Втората част от структурата може да е втори въртящ се диск от газ и прах, виждащ се отстрани.
13.

Сийфъртови галактики

Сийфъртовите галактики спадат към галактиките с активни ядра, в които се разиграват нестационарни процеси, в резултат на които се изхвърлят облаци от газ с размери от 10 до 10 000 а.е. и маса до 1000 маси на Слънцето.Някои от тези галактики променят блясъка си до 50% и то само за около месец, което означава, че размерът на областта, където се разиграват нестационарните процеси явно от взривен характер е с размер от порядъка на 1 св. месец или 800 млрд км. Самите ядра на обикновените галактики са с размери обикновено от порядъка на хиляди св. г., а тези на Сийфъртовите галактики – от порядъка на десетки св.г.

Сийфъртовите галактики се делят на два вида:

І тип – галактики с широки емисионни линии, говорещи за облаци от газ предимно, движещи се с хиляди км/сек. Тези галактики излъчват интензивно в рентгеновия диапазон

и

ІІ тип – галактики, излъчващи в целия диапазон и най-вече в инфрачервената област Тези галактики имат значително количество прах и облаците от газ и прах от ядрото им се движат по-бавно – с около 400 км/сек, както сочи ширината на емисионните им линии.

NGC 5005 – II тип Сийфъртова галактика.

Всички Сийфъртови галактики имат малък източник на радиоизлъчване в ядрата си с интензитет от 10 до 1000 пъти по-мощен от този в обикновените галактики. Ето защо Сийфъртовите галактики се отнасят към радиогалактиките.

15.

В повечето случаи и тези галактики излъчват мощно в радиодиапазона, което ги причислява към радиогалактиките. Някои от тях са двойни галактики, които едва ли остават свързани гравитационно завинаги, съдейки по сходните им маси. Някои двойни галактики са от смесен тип – галактика на Маркарян и “нормална” галактика, т.е. по-бързо еволюирала.

И тези галактики са на огромни разстояния от нас – там, където са квазарите и Сийфъртовите галактики.

Самият Маркарян предположил, че трябва да има нещо общо между тези обекти.

Сега са открити около 2 000 галактики на Маркарян, част от които са всъщност квазари, друга част – Сийфъртови галактики в стадий на активация на взривните процеси в ядрата, които вероятно са верижни избухвания на свръхнови в огромни области на звездообразуване около акреционния диск на масивната черна дупка в центъра на ядрата на галактиките.


Тази върволица от галактики на Маркарян съединява две големи, но слабо изразени лещовидни галактики М 84 и М 86 горе вдясно с голямата спирална галактика М 88 долу вляво. В долния десен ъгъл на изображението е гигантската елипсовидна галактика М 87, около която гравитират 2000 галактики от купа в Дева. Разстоянието до центъра на този куп от галактики е само 70 млн. св.г. и той видимо оказва гравитационно влияние върху близките ни обкръжение от галактики. 7-те галактики от ивицата на Маркарян имат движение в една обща посока и те случайно се проектиран на фона на купа галактики в Дева.
16.

Лацертидите да далечни извънгалактични обекти, в чиито спектри не се наблюдават емисионни линии, силно поляризирано излъчване и амплитуди с блясък, достигащи до 7 зв. в. Сходни са с квазарите и галактиките на Сийфърт и Маркарян, а бързите и големи промени в блясъка на тези точковидни обекти говорят за извънредно малките размери на мястото, откъдето те се генерират – само няколко св. дена, понякога дори часа или от порядъка на размерите на Слънчевата система – около 170 а.е. Отсъствието на емисионни линии в спектъра им говори за отсъствие на газови облаци. Това дава основание на Шапиро и Елиът през 1974 г. да предположат, че Лацертидите са изолирани черни дупки с акреционен диск, а през 1973 г. Оке и Гън предполагат, че Лацертидите са много малко ядро на активна галактика от типа на Сийфъртовите.

Наречени са Лацертиди по името на променливата звезда BL от Гущер, открита през 1929 г. Поради точковидния си вид и неправилните промени в оптичния спектър с големи амплитуди отначало тези обекти били причислени към променливите звезди, но впоследствие било открито мощно радиоизлъчване също с неправилни промени във времето, голямо червено преместване, което ги изместило далеч във времето и пространството и ги причислило към странните далечни радиогалактики.

Това е една от най-мощните активни галактики Н 1517+656, спадаща към Лацертидите, наречени така по латинското наименование на съзвездието Гущер. Чрез тях ние можем да надникнем в самото пъкло, защото ги наблюдаваме по направление на джета от ускорени до субсветлинни скорости частици, завихрени и изхвърлени от полюсната област на масивна черна дупка. Наблюдаваните дъги според някои автори свидетелстват за сливане на галактики, а не за проява на гравитационна леща или наличие на спирални ръкави на самата галактика. Изследвайки звездния състав в дъгите се дава оценка за възрастта на звездите от около 20 милиона години, което потвърждава хипотезата за сливането на галактики и възникване на мощен процес на звездообразуване.
17.

М 87

Това са огромни елипсовидни галактики с много ярки точковидни ядра и нехарактерен спектър – без или с много широки емисионни линии.

В по-голямата си част са мощни радиоизточници и то с големи промени, което ги причислява към класа на радиогалактиките. Както при другите галактики с активни ядра и тук източникът, генериращ променливостта в оптическия и радиодиапазона идва от област с малки размери – от порядъка на около 1 св.г.

Пред 1973 г. Сендуич установява, че голяма част от тези галактики може да се разглежда като съставена от два компонента – огромна елиптична галактика с миниквазар в центъра си.