22.3. ОСНОВНАЯ МОДЕЛЬ АКТИВНЫХ ЯДЕР ГАЛАКТИК

Интерес к ядрам галактик столь велик потому, что они совершенно не похожи по своим свойствам на любые другие астрономические системы. И почти наверняка они в значительно большей степени, чем другие системы, имеют отношение к новым разделам астрофизики, в частности к астрофизике высоких энергий и релятивистской астрофизике.

Уровень активности ядер галактик меняется в широком диапазоне. Самые экстремальные случаи, описанные ниже, очень редки. Однако некоторые данные наводят на мысль, что даже ядра нормальных галактик, таких, как наша Галактика или туманность Андромеды, представляют собой объекты того же типа, что у большинства активных галактик и квазаров, но только значительно меньшего масштаба.

Структура активного галактического ядра схематически показана на рис. 22.2. Выделяют две основные части: 1) очень компактный центральный источник непрерывного излучения и частиц высоких энергий, обладающий колоссальной мощностью, и 2) оболочка из облаков ионизованного газа радиусом см причем облака сильно вытянуты и занимают только малую долю всего объема. Основной проблемой, без сомнения, является выяснение природы компактного центрального объекта, поскольку именно он в конечном счете ответствен за все проявления мощной активности ядер.

Самые важные непосредственно следующие из наблюдений свойства компактных центральных объектов состоят в следующем:

1. В оптическом, радио- и рентгеновском диапазонах наблюдается мощное непрерывное излучение. Обнаружена переменность с характерными временами порядка недель и месяцев. Поскольку принцип причинности требует, чтобы размеры излучаюшей области удовлетворяли неравенству где — характерное время переменности, то это излучение должно

Рис. 22.2. Схематическая модель активного ядра галактики. Компактный источник мощного непрерывного излучения и космических лучей нагревает и возбуждает газ в окружающих волокнистых облаках.

генерироваться в очень компактной области, размер которой меньше световой недели или месяца. У некоторых квазаров выделяющаяся в столь малом объеме энергия может достигать более чем в 1000 раз превышать светимость такой галактики, как наша.

2. Спектр излучения в оптическом и радиодиапазонах не похож ни на спектр абсолютно черного тела, ни на звездный. Нередко он имеет примерно степенной вид, причем излучение может быть линейно поляризовано. Яркостная температура радиоизлучения этих компактных источников составляет примерно . Это свидетельствует о наличии в ядрах галактик ультрарелятивистских электронов. Поэтому естественно предположить, что различные виды переменного непрерывного излучения также генерируются этими электронами. Скорее всего, излучение синхротронное, но нельзя исключить и другие возможные механизмы.

Считается, что этот мощный источник непрерывного излучения и частиц высоких энергий ответствен за все проявления активности ядер:

1. Газовые облака в окрестности ядра нагреваются, ионизуются и возбуждаются мощным ультрафиолетовым излучением, а в некоторых случаях, возможно, и релятивистскими частицами. Эти облака являются мощными источниками линейчатого излучения, в частности, рекомбинационного излучения в линиях серий Лаймана и Бальмера. Кроме того, подобно облучаемым молодыми звездами областям они светят и в запрещенных линиях. Если бы эти облака находились в области, однородно заполненной газом, то оптическая толща по рассеянию на электронах была бы настолько велика, что, во-первых, замывались бы изменения со временем интенсивности оптического излучения центрального источника, а во-вторых, были бы чрезмерно уширены линии излучения. Эти трудности можно преодолеть, если предположить, что излучающие облака занимают только малую часть объема ядра и расположены на относительно больших расстояниях от центрального источника. Характерные размеры излучающих в линиях областей составляют при факторе заполнения порядка Этот вывод подтверждается сравнением наблюдаемого объема с полным числом излучающих частиц для некоторых ближайших галактик, у которых размеры излучающих в линиях областей можно измерить непосредственно.

2. Имеются данные об очень больших скоростях движения газа в ядрах. Ширина эмиссионных линий и их тонкая структура свидетельствуют о том, что скорость облаков значительно превышает скорость убегания из ядра.

3. В ряде случаев наблюдается мощное инфракрасное излучение центральных областей. Оно может возникать за счет того, что пыль в окружающем ядро пространстве поглощает непрерывное излучение, нагревается и сама излучает в инфракрасном диапазоне.

4. Высвобождаемая в компактном ядре энергия достаточно велика, чтобы объяснить крупномасштабные проявления активности, такие, как взрывы массивных галактик. Она также удовлетворяет энергетическим требованиям, предъявляемым к протяженным двойным радиоисточникам. Ярким примером взрыва галактики является Направления радиальных

Рис. 22.3. (см. скан) В центре гигантской эллиптической галактики М 87 виден яркий оптический выброс, излучение которого сильно поляризовано и имеет степенной спектр. Это свидетельствует о его синхротронной природе. (С любезного разрешения обсерваторий Хэйла.)

скоростей волокон, которые сейчас наблюдаются на значительном удалении от оптического изображения галактики, свидетельствуют о том, что газ был когда-то выброшен из ядра в результате катаклизма необычайной силы. Такие явления, как выброс в М 87 (рис. 22.3), также указывают на то, что в ядрах происходят физические процессы, подобные тем, которые приводят к извержению радиоизлучающего вещества из радиогалактик. Протяженные радиоисточники будут подробно описаны в следующих разделах.

Каждое из этих «вторичных» явлений несет информацию о загадочном центральном объекте, который служит основным источником энергии для всех проявлений активности. Природа этих центральных объектов является, вероятно, самой захватывающей и важной проблемой современной астрофизики высоких энергий.