ЦЕНТРАЛЬНЫЕ ОБЛАСТИ ГАЛАКТИКИ

Млечный Путь как явление, наблюдаемое невооруженным глазом, дает лишь отдаленное представление об истинном распределении вещества в Галактике. Самые очертания его, размытые и неясные, опре деляются в значительной степени расположением близких пылевых облаков, создающих в разных местах завесы, заслоняющие свет более далеких звезд и газовых туманностей. Лишь с середины текущего столетия удалось пробиться через эти завесы с помощью новых методов — радиоастрономии, инфракрасной и рентгеновской астрономии.

Рис. 165. Изофоты инфракрасного излучения 40—350 мкм из центра Галактики (источник Sgr А) и его окрестностей. Рисунок заимствован из книги Frontiers of Astrophysics, Harvard University Press

Особенно интересным оказался центр Галактики, положение которого в полосе Млечного Пути уже давно было установлено оптическими наблюдениями, а сам центр был недоступен из-за огромного поглощения света между ним и наблюдателем (до в лучах V). Инфракрасные, а затем и радионаблюдения выделили несколько сгущений, связанных с областями НИ (рис. 165). Интерференционные наблюдения высокого разрешения в коротковолновом радиодиапазоне, а затем и в далекой инфракрасной области спектра показали нам распределение газа и пыли, а также объектов, погруженных в них, чье радиоизлучение достигает нас сравнительно свободно, а в области волн 2,2 мкм теряет на этом пути до 85—90 % интенсивности.

Главные интенсивные источники излучения получили название Стрелец А и Стрелец В. Первый располагается точно в центре Галактики. В середине его находится точечный источник IRS 16, именуемый так по инфракрасному излучению, и SgrA—West в радиодиапазоне. Это один из 14 точечных радиообъектов на маленькой площадке. Он имеет поперечник , т. е. <10 а. е. и, по-видимому, действительно овеществляет центр Галактики, а вокруг него до расстояния 1,5 пк содержится около 107 звезд, т. е. плотность в миллионы раз больше, чем вокруг Солнца. Последнее породило гипотезу, что здесь находится сверхмассивная черная дыра и отсюда исходят все виды тепловых и нетепловых излучений, порождаемых аккрецией вещества. Спектр IRS 16 в области 12—13 мкм показывает запрещенные линии . Последняя слабее второй, что указывает на сравнительно слабый источник ионизации с 735 000 К. Если источник звездный, то нужно звезд иметь не менее ста, и притом горячих. Но можно предположить, что здесь лишь один объект — черная дыра, так как запрещенное излучение требует чрезвычайно высоко разреженного газа. Что верно — сказать трудно. Упомянутая выше оценка массы ядра Галактики — покоится на применении теоремы вириала (см. с. 422) к наблюдаемым скоростям отдельных облачных образований . К сожалению, их немного!

Рентгеновское излучение из центра Галактики наблюдается в интервале 1—4 кэВ. Оно, в общем, слабо. Несколько сильнее оно от 80 до 180 кэВ, но ничуть не заметнее, чем у обычных неточечных областей излучения. Зато очень энергично - излучение, правда, локализованное (грубо) на расстоянии Г в стороне от центра. Более длинноволновая его часть — у 511 кэВ — характеризуется сильным излучением, точно соответствующим энергии аннигиляции электрона с позитроном. Излучение это переменно в шкале одного месяца , указывающее на размеры см, а масштабы аннигиляции и порядка .

Кроме точечных источников в Стрельце А радионаблюдения установили обширные арки, поднимающиеся над ядром Галактики на «высоту» до 50 пк, и еще более могучий выброс к северу от галактической плоскости на высоту до 200 пк — своего рода внешняя полость (см. § 31), как у радиогалактик.

Вся область вокруг центра Галактики (Стрелец А, В, ...) показывает излучение молекул, в частности СО. Изофоты этого излучения хорошо коррелируют с изофотами в далеком инфракрасном диапазоне 40—350 мкм. Как мы видели в § 27, излучение отчасти стимулируется излучением молекулярного водорода . Наблюдаются также излучения других молекул, в частности, мазерные ОН и . В целом изофоты радиоизлучения на волне 6 см тоже очень хорошо коррелируют с длинноволновым инфракрасным излучением.

Во всяком случае, центр Галактики резко обозначается усиленным излучением как в инфракрасном, так и в рентгеновском диапазонах.

Картину Млечного Пути по обе стороны центра Галактики, незапоняемую ничем, дали нам наблюдения инфракрасного спутника ИРАС (IRAS), проработавшего в 1983 г. с большим успехом. Он показал нам наглядно, сколь тонок наш галактический диск и сколь тесно к нему располагаются звезды диска, газовые и пылевые облака (рис. 166). Пылевые облака на этот раз выглядят излучающими, так как температуры их нередко достигают 100 К и более, до 600 К.

Рис. 166. Самая центральная часть Галактики — Sgr А (высокое разрешение). Слева изображение его в инфракрасных лучах . Колоколообразные кривые показывают фотометрические разрезы отдельных источников в лучах запрещенной линии неона [NeII]. Справа — та же область по наблюдениям в радиодиапазоне с многоэлементным интерферометром

Это — скопления пыли вокруг горячих звезд, а в иных случаях — извергнутые охлажденные оболочки холодных звезд, атмосферы которых имеют преимущественно молекулярный состав (звезды R, N, ...). Наряду с такими объектами имеются холодные облака, состоящие из газа и пыли, которые не содержат звезд, но являются исходным материалом в местах, где зарождаются звезды и их группы. О ближайших таких гнездах мы уже говорили, но теперь они просматриваются на всем огромном протяжении Галактики в том или ином направлении. Они обнаруживают себя и в радиодиапазоне в виде молекулярных облаков ОН, СО и др. гигантских размеров, которые, быть может, на 90 % состоят из молекул (см. выше, с. 336) до 100 молекул в 1 см3. Их намечается два типа: более холодные с кинетической температурой , о которых мы уже говорили, как содержащих внутренний источник тепла — рождающуюся звезду.

В 1983 г. ИРАС зарегистрировал около четверти миллиона объектов различной природы, совершив двукратный обзор 95 % всего неба в длинах волн 12, 25, 60, 100 мкм, чему соответствует максимальная восприимчивость к излучению с температурами от 273 до 37 К.

Его работа прекратилась в ноябре 1983 г., когда испарилось 72 кг сверхтекучего гелия, охлаждавшего аппаратуру и главное 57-сантиметровое зеркало из бериллия.

Примерно 65 % обнаруженных объектов принадлежит Галактике. Еще 65 000 источников связаны с разными фазами межзвездной среды, включая HII-области, молекулярные облака с погруженными в них дозвездными образованиями и плотными сгущениями пыли. Остальные 9 % составляют внегалактические объекты (22 000). Для 5000 самых ярких объектов получены инфракрасные спектры с низким разрешением. С беспрецедентной ясностью получена картина галактического диска и центрального сгущения, свободная от поглощения (12 и 25 мкм).

Рис. 167. Изображение Млечного Пути на протяжении 18° по обе стороны от центра Галактики, полученное европейским инфракрасным спутником ИРАС (IRAS) за время его почти годичной активности в 1983 г. В середине полосы заметно увеличение яркости, отмечающее центр Галактики и его окрестности

Не менее важные исследования Галактики были проведены в рентгеновских лучах. Мы уже говорили неоднократно о рентгеновском излучении космических объектов разного рода как от отдельных точечных источников, так и диффузного характера. Уже первые рентгеновские спутники показали усиление фона в плоскости Галактики между галактическими долготами 50—60°. Аппаратура спутника ХЕАО-1 (НЕАО-1) показала, что есть две составляющие рентгеновского излучения в Галактике, одна — с большой (около 1 кпк) шкалой по высоте z над галактической плоскостью, наблюдавшаяся уже спутниками Ухуру (Uhuru) и Ариель-5 (Ariel-5) и легко прослеживаемая на галактических широтах , другая — располагающаяся узким гребнем вдоль галактической плоскости и немного над ней, создается малосветящимися звездными популяциями (звезды RS Гончих Псов, карликовые вспыхивающие звезды и, может быть, звезды dM);

при этом выпадала область около 50° по обе стороны центра Галактики, так как малое угловое разрешение не позволяло выделить и отбросить точечные источники. У первого же пояса хорошо определялся тепловой спектр с .

Рентгеновский спутник ЭКЗОСАТ (EXOSAT) отделил диффузное излучение от излучения точечных источников в ярком галактическом гребне в 40° по обе стороны от центра Галактики для волн с энергией больше 2 кэВ. Он обладал узким полем зрения 0,75°-0,75° и точностью «прицеливания» около 5". Положение при повороте от одного трека к другому фиксировалось с точностью до Г. Обследование было произведено за две недели июня 1984 г. Гребень был полностью подтвержден на протяжении 80° галактической долготы. Была составлена карта шириной 10° у центра Галактики, сужающаяся до 2° при и 276°. Обнаружено много точечных источников, а главное — излучение между ними (рис. 168).

Рис. 168. Картина Млечного Пути в рентгеновском диапазоне спектра на 40° по обе стороны от центра Галактики. Получена по измерениям со спутника ЭКЗОСАТ (EXOSAT) в 1984 г. (см. текст)

Результаты могут быть интерпретированы по-разному. Либо источник диффузного излучения имеет форму конечного диска радиусом 6,5 кпк вокруг галактического центра, либо он неограничен, экспоненциально слабеет с расстоянием и имеет половинную плотность на расстоянии 3,5 кпк. В обоих случаях падение плотности по мере удаления от плоскости Галактики происходит в пределах 100 пк. Общая рентгеновская светимость Галактики составляет , т. е. на пять порядков выше полного излучения Солнца. Источник ее неясен. Можно было бы предполагать, что фон создают неразличимые точечные источники.

Но тогда их оказывается слишком много, чтобы их ассоциировать со вспышками сверхновых: около источников следует рассматривать как молодые остатки сверхновых, возраст которых не более 5000 лет, тогда как частота вспышек сверхновых, как мы видели, составляет всего около 30 за тысячу лет. Другая возможность — обратный комптон-эффект на реликтовом излучении. Но спектр космических лучей показывает, что космических частиц нужной энергии меньше на два порядка. При поиске источников фона нужно отнестись со вниманием на обнаруженное в межзвездном пространстве излучение сильно ионизованного железа (Fe XXVI) с энергией 6,7 кэВ, а также тепловое тормозное излучение электронов в интервале 5—9 кэВ, но источник столь высоких температур неизвестен.