4. Центральная область Галактики

Центральные области (ядра) многих галактик очень активны, они явл. источниками интенсивного эл.-магн. излучения во всех диапазонах длин волн. К спиральным галактикам с активными ядрами относятся, напр., т. н. сейфертовские галактики с энерговыделением до 10⁴⁴ эрг/с в центральной области (см. Ядра галактик). В Г. центральная область скрыта от нас мощным слоем пыли, ослабляющим свет в десятки тыс. раз. Однако исследования в ИК-лучах позволили установить, что Г. имеет звёздное ядро, похожее на спокойные (несейфертовские) ядра галактик типа Sb и Sc. Светимость центральной области Г. (R ≈ 1 кпк) не превосходит, по-видимому, 10⁴² эрг/с. Осн. вклад в светимость дают звёзды красные гиганты и сверхгиганты, а осн. вклад в массу - звёзды-карлики поздних спектр. классов. В самом центре Г., в пределах 1 пк, находятся дискретные источники радио-, ИК- и рентг. излучения (см. Галактический центр).

В центре Г. обычно выделяют три области. Первая, имеющая радиус 4 кпк интересна особенностями кинематики и распределения газа. Вторая область радиусом R ≈ 600 пк включает в себя звёздный балдж с массой  и околоядерный газовый диск с массой . Наконец, окрестность центра с радиусом в неск. пк наз. ядром (часто ядром наз. вообще всю центральную часть Г.). Не исключено, что распределение вещества в центре Г. асимметрично. Во многих спиральных галактиках обнаружена перемычка (бар), в центре к-рой расположено ядро, а от концов её отходят спиральные ветви. Такая перемычка может быть и у нашей Г.

Область R < 4 кпк. Здесь обнаруживается резкое (примерно в 4 раза) падение общей плотности газа по сравнению с пиком плотности на расстоянии 4-5 кпк (рис. 4). Кольцо низкого содержания газа (дыра в газовом диске) тянется до расстояний R ≈ 600-700 пк от центра, где масса газа на ед. поверхности диска подскакивает от 4-5 /пк² до 500 /пк². Массы газа , содержащегося в области с R = 600 пк, более чем достаточно для того, чтобы при равномерном её распределении внутри полости с R = 4 кпк заполнить указанную дыру. Отсюда возникло предположение, что в области с R Ј 4 кпк газ испытал сильную потерю момента количества движения из-за турбулентной вязкости или из-за торможения в гравитац. поле вращающейся перемычки и собрался в самом центре Г. Эта точка зрения альтернативна др. гипотезам, согласно к-рым газ в области R Ј 4 кпк или исчерпался в результате интенсивного звездообразования, или был выброшен из центра Г.

Балдж и газовый диск (R  600 пк). Эта область особенно ярка в ИК-диапазоне на волне 2 мкм. ИК-радиация, представляющая собой переработанное пылью более коротковолновое излучение звёзд балджа (см. Инфракрасная астрономия), идёт в основном из области с R < 200 пк и имеет резкий пик интенсивности в самом центре Г. Пик выделяется даже в пределах 1 пк от центра, что свидетельствует о сильной концентрации звёзд в очень небольшом объёме ядра Г. Центральная часть балджа погружена в ионизованный газ - околоядерный водородный (HII) диск поперечником ≈150 пк. Он хорошо прослеживается благодаря своему тепловому радиоизлучению. Предполагается, что ионизация газа обусловлена молодыми звёздами спектр. класса О. В области зоны HII звёздная масса , общая масса газа . Большая часть газа объединена в облака молекулярного водорода, среди к-рых особенно известны комплексы молекулярных облаков Стрелец А и Стрелец В, расположенные в центральной части околоядерного диска.

Наблюдения радиоизлучения в линиях и в непрерывном спектре обнаруживают необычное распределение и кинематику газа внутри балджа. По-видимому, весь газ сосредоточен здесь в околоядерном диске с R ≈ 600 - 700 пк, наклонённом к плоскости галактич. экватора под углом 22⁰. Диск быстро вращается и расширяется со скоростями 100-200 км/с.

Существование наклонённого газового диска осложняет решение вопроса о происхождении газа в балдже. Если он попал туда в результате падения из области R < 4 кпк, то трудно объяснить появление наклона оси вращения.

Рис. 13. Изофоты ИК-излучения центра Галактики на волне 2,2 мкм. Крестиком отмечен источник IRS 16, находящийся в центре звёздного балджа Галактики. По горизонтальной оси - прямое восхождение.

Рис. 14. Изофоты теплового радиоизлучения центра Галактики. Показан радиоисточник Стрелец А Западный.

Ядро Галактики. Наблюдаемое излучение ядра Г. имеет макс. интенсивность на волне ≈2 мкм (ИК-диапазон). В ИК-диапазоне преимущественно излучает пыль, нагретая звёздами балджа (сами звёзды невидимы из-за сильного поглощения излучения в оптич. диапазоне). Но в ядре Г. обнаружены и компактные ИК-источники, самый интересный из к-рых - IRS 16 - имеет размеры ок. 0,1 пк (рис. 13). В этом районе находится радиоизлучающая область HII - Стрелец А Западный (рис. 14). Предполагается, что она содержит скопление O-звёзд. Методом радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой в её центре был обнаружен, пожалуй, самый удивительный объект Г. Это чрезвычайно компактный источник нетеплового радиоизлучения размером меньше 0,001'', т. е. меньше 10 а. е. Было высказано предположение, что он является чёрной дырой с массой .

По излучению на волне λ = 12,8 мкм (линия Nell) удалось выяснить особенности движения в самом центре Г., в области диаметром 1 пк. Были обнаружены большие хаотические скорости и радиальное расширение вещества; найдены признаки его вращения со скоростью до 200 км/с. Отсюда найдена масса внутри этой области: . Т. о., если это вещество сосредоточено в звёздах, то концентрация звёзд в ядре Г. в миллионы раз больше, чем в окрестности Солнца. Ось вращения ядра проходит через источник IRS 16, к-рый, возможно, явл. центром звёздного балджа.

Большой интерес представляет хим. состав ядра Г. Поскольку в ядре Г. звёздная плотность исключительно высока, можно было бы ожидать здесь существенно иную картину эволюции хим. состава вещества, иное содержание тяжёлых элементов. Однако наблюдения пока ничего не говорят в пользу этого предположения. Оказалось, что темп-ра зон HII в ядре Г. выше, чем зон HII в спиральных рукавах, а поскольку эта темп-ра определяется отводом теплоты за счёт излучения тяжёлых элементов, то указанный факт интерпретируется как отсутствие повышенного содержания тяжёлых элементов в ядре Г. Этот вывод может быть очень важен для правильного понимания хим. эволюции Г. в целом.