книги из ГПНТБ / Иноземцев, Г. Г. Незатылованные шлицевые червячные фрезы-1

вопрос о происхождении их излучения. Крайне невероятно, чтобы рентгеновское излучение имело ядерный источник энергии: типич­ ная звезда типа Солнца излучает в рентгеновском диапазоне не более

данные, относящиеся к наиболее подробно изученному классу рент­ геновских источников, типичным представителем которого является Her Х-1 (самый яркий среди рентгеновских источников созвездия Геркулес). Этот объект излучает весьма регулярные рентгеновские импульсы с периодом 1,24 сек. Рентгеновский источник образует двойную систему с нормальной звездой, которая затмевает его с периодом 1,7 дня. При этом вся рентгеновская картина промодулирована с периодом 36 дней, из которых рентгеновский поток наблю­ дается только 12 дней. По общепринятой интерпретации рентге­

общего центра масс, а 36-дневная модуляция рентгеновского по­

мом деле, вращательная энергия Her Х-1 из-за более медленного

ских пульсаров, а также рентгеновских источников других типов

звездные тела типа белых карликов или нейтронных звезд, соответ­ ствующая рентгеновская светимость может достигать значений

т. е. вполне достаточна для объяснения рентгеновских источников, если на нейтронную звезду перетекает 10^10-=-10"87W©A?<?d. Такие потоки газа, перетекающие с одной звезды на другую, действи-

20

тельно существуют в тесных двойных системах, к которым принад­ лежит и Her Х-1.

Другой интересный прототип рентгеновских источников — Cyg Х-1. Этот источник входит в двойную систему, которая, однако,

которые делаются в различных, но еще недостаточно надежных предположениях, приводят к значениям, превосходящим возможный верхний предел масс белых карликов и нейтронных звезд (около

2М@).

Надежное подтверждение этих оценок будет свидетельствовать в пользу существования среди рентгеновских источников нового класса объектов — коллапсаров, или «черных дыр» — звезд, претер­ певших релятивистский коллапс [29].

Активность ядер. Наблюдения показывают, что ядра нормаль­ ных галактик часто содержат помимо звезд и межзвездного газа также магнитные поля и релятивистские частицы. Ядра галактик обычно динамически выделены и быстро вращаются, хотя удельный момент их вращения меньше среднего по спиральной галактике. У нормальных галактик, составляющих подавляющее большинство

следующие три главные [36]: 1) истечение газа; 2) выбрасывание газа в виде протяженных масс или струи*; 3) взрывы, сопровож­ дающиеся выбросом релятивистской материи и нетепловым излу­ чением.

Нетепловое излучение активного ядра вносит основной вклад в нетепловое излучение галактики как целого. Это может вызвать некоторое сомнение лишь в отношении радиодиапазона. Однако совокупность данных наблюдений, собранных главным образом за последние годы (см., например, обзор [38]), предоставляет веские свидетельства того, что радиоизлучение галактик с радиосветимостями в пределах от 1039 до 1045 эрг/сек также обусловлено главным образом активностью ядер. Лишь в относительно слабых радиоис-

* В нашей Галактике активность ядра проявляется в истечении из га­

21

точниках (плоская составляющая нормальных галактик) конкури­ рующая роль поставщика релятивистских электронов может принад­ лежать сверхновым звездам [39].

К настоящему времени известно, что активные галактические ядра — это источники нетеплового континуума в широкой полосе частот — в радио-, инфракрасной, оптической, ультрафиолетовой областях и даже, возможно, в диапазоне у-излучения [381. При этом спектральный индекс нетеплового излучения в большой области частот (нередко от радиодиапазона до оптики) получен одним и тем же (а « 0,7) с малой дисперсией, несмотря на подчас значительное различие в светимостях ядер галактик разных типов. Это свидетель­ ствует об общности процессов, вызывающих генерацию релятивист­ ских частиц в неодинаковых условиях и при большом различии в мощности генерации.

Длительное время оставалось неясным, является ли источник активности ядер рассредоточенным по значительной части их объема или же он локализован только в малой области ядра. Лишь в конце 60-х годов радионаблюдения при помощи аппаратуры с большой разрешающей способностью позволили окончательно установить, что источники активности в ядрах галактик представляют собой весьма компактные образования с размерами менее 1018 см [40]. Этот вывод подтверждается и данными об инфракрасном излучении ядер [41].

Во всех случаях, когда наблюдения охватывают достаточно большой интервал времени, излучение активных ядер показывает переменность, причем наблюдаются изменения потока излучения как по «длинной» (годы), так и по «короткой» (дни) шкале времени.

ников в ядрах галактик исключительную ценность представляют зависимости характеристик ядра и особенно содержащихся в нем компактных источников от свойств окружающей галактики. Поиски таких зависимостей, начатые в работе [42], где подчеркивалась космогоническая важность этого вопроса, вначале привели к отри­ цательному результату. Но недавние наблюдения позволили вы­ явить эту связь вполне отчетливо.

В работе [43] показано, что мощность радиоизлучения компакт­ ного радиоисточника в ядрах спиральных галактик тем выше, чем больше оптическое излучение галактики в целом. Между радио­ светимостью L r нормальных спиралей (в значительной мере обус­ ловленных, как отмечалось выше, активностью их ядер) и их опти­

22

Большой интерес представляют попытки найти зависимость свойств ядер от морфологического типа окружающей галактики. Так, обнаруженные в центрах ряда эллиптических галактик компак­ тные источники синхротронного радиоизлучения имеют мощность радиоизлучения явно большую, чем мощность ядер нормальных спиралей (и даже ядер сейфертовских галактик) при одинаковой оптической светимости галактик. Что же касается зависимости мощ­ ности радиоизлучения компактного источника в ядре спиральной галактики от морфологического подтипа спирали, то в работе [43] найдено, что вклад компактного источника в полное радиоиз­ лучение галактики растет от 5с к Sa. В результате этого радиоиз­ лучение ядер галактик в среднем монотонно растет вдоль последо­ вательности типов галактик (1.1).

Путь для качественного понимания перечисленных выше эмпи­ рических свойств компактных источников в ядрах галактик, так же как и их места в космогонической истории галактик, открывает сопоставление свойств этих источников с намного более мощными объектами других типов, которые рассмотрены ниже.

Б. К В А З А Р Ы И К В А З А Р О П О Д О Б Н Ы Е Ф Е Н О М Е Н Ы

Сейфертовские галактики (SyG). Среди спиральных галактик 1—2% обладают очень сильной активностью ядер. Эти так называ­ емые галактики Сейферта (или просто сейфертовские) 1) обладают малым, чрезвычайно ярким ядром; 2) спектр их ядра отличается наличием многочисленных эмиссионных линий, указывающих на вы­ сокое возбуждение; 3) ширина и профиль спектральных линий сви­ детельствуют о бурных движениях газовых масс в ядре со скоростями до 5000 км/сек; 4) в ядре находится очень компактный радиоисточ­ ник с мощностью от 1036 до 1038 эрг/сек [45], а в отдельных случаях наблюдается радиоизлучение и от всей галактики; 5) нетепловоо излучение ядер часто наблюдается от радиодо ^-диапазона с мак­ симумом в далекой инфракрасной области и мощностью от 104 2 до 1046 эрг/сек [46, 47].

Бурная потеря газовых масс ядром иногда в количестве 102— \03М@/год свидетельствует о том, что длительность стадии актив­ ности (однократной или рекуррентной) у сейфертовской галактики не превышает 108 лет, что согласуется с малочисленностью этих галактик.

Радиогалактики (RG). Галактики-радиоисточники, у которых

В оптике им соответствуют, как правило, наиболее массивные эл­

23

(рис. 4). Радиокомпоненты содержат релятивистские электроны, генерирующие магнитотормозное излучение (см. гл. 2). Анализ данных наблюдений показывает [50], что радиооблака выброшены в диаметрально противоположном направлении со скоростью, близ­ кой к световой, при взрыве в ядре галактики. Удаление от ядра обыч-

37'F

а

5

Рис. 4. Радиоизофоты радио галактики Cyg А (Ле­ бедь А) (а) и схема движения радиооблака че­ рез внешнюю среду [52] (б).

но составляет несколько сот килопарсек. Степенная форма спектра радиоизлучения показывает, что возраст мощных радиокомпонент, как правило, не превосходит 106—107 лет.

Отношение размеров радиооблаков к расстоянию, пройденному от ядра, обычно мало (0,05-^0,30). Это указывает на то, что скорость их расширения много меньше скорости разлета от ядра, т. е. расши­ рение радиооблаков должно каким-то путем сдерживаться. Сдер­ живание гравитационным полем нерелятивистской плазмы обла­ ков или внешним магнитным полем встречается с большими труд­ ностями [51]. Более реально давление скоростного напора (назва-

24

ние взято из аэродинамики) при плотности межгалактической среды в окрестности радиогалактик Ю - 3 0 — 10~ 2 9 г/см3 [51, 52]. Согласно этой модели, большая часть радиоизлучения возникает в компакт­ ной области на фронте облака, а меньшая распределяется по сравни­ тельно вытянутому в сторону ядра «хвосту» (см. рис. 4). Типичная

ских электронов и магнитных полей, необходимых для объяснения

галактик различных типов достигает своего апогея у популяции, названной квазарами (аббревиатура слов «квазизвездные радиоисточ­ ники»). Многообразие свойств квазаров наряду с полной драма­ тизма историей их открытия в 1963 г. и попыток интерпретации отражено во многих обзорах (см., например, [53, 54]). Отличитель­ ные признаки квазаров следующие: 1) весьма малые (звездоподобные) угловые размеры; 2) избыток ультрафиолетового излучения; 3) широкие эмиссионные и узкие абсорбционные спектральные линии; 4) спектральные линии обладают большим красным сме­ щением (вплоть до г « 3,5)*.

Согласно наиболее обоснованной и распространенной интерпре­ тации, красное смещение квазаров имеет космологическую природу, т. е. обусловлено расширением Метагалактики. При этом квазары

периодическая) и спорадическая компоненты с характерными вре­ менами порядка нескольких лет или месяцев и нескольких дней соответственно. Инфракрасное и радиоизлучения обнаруживают значительную поляризацию. В полосе частот, где спектральная мощность максимальна, излучение имеет, по-видимому, магнитотормозную природу [38, 55—57]; в других диапазонах могут преоб­ ладать иные механизмы (например, комптоновское рассеяние реля­ тивистских электронов на собственном поле излучения или на плаз­ менных волнах [58]).

Наряду с квазарами открыта в 102 раз большая по численности

25

В отношении радиосвойств, а также других признаков к кваза­

[48], ярким звездоподобным ядром, к которому относится большая часть светимости, причем ядро окружено слабой туманной оболоч­ кой небольшого видимого протяжения. Эти объекты, занимающие по своим наблюдаемым свойствам промежуточное положение между квазарами и нормальными галактиками, получили название ^-галак­ тик (NG). Обзор их свойств дан в работе [60]. Так же, как и у ква­ заров, имеющих радиоспокойные аналоги в виде QSG, аналогами УУ-галактик, не имеющими заметного радиоизлучения и по числен­ ности превосходящими NG в 102 раз, являются голубые компактные галактики (BCG) [61]. Последние образуют однородную группу объектов среди так называемых компактных галактик Цвикки.

Кратко описанные выше различные активные популяции — ком­ пактные источники в ядрах нормальных спиральных (S) и эллип­

форму спектра в инфракрасной и смежной областях спектра, где выделяется большая часть полной мощности, и 2) наличие и ка­ чественное сходство изменений светимости, особенно хорошо изу­ ченных в радио- и оптическом диапазонах. Это указывает на един­ ство природы активности, различающейся главным образом коли­ чественно. При расположении указанных популяций в виде одно-

27

мерной последовательности по степени концентрации материи к

оказывается, что вдоль этой последовательности* в среднем возрастает нетепловая светимость и монотонно изменяются другие физические свойства [60, 63]. Отметим, что последовательность (1.6) продолжает известную последовательность Хаббла (1.1). Увели­ чение доли нетепловой компоненты вдоль (1.6) означает прогрессив­ ное ослабление вклада звезд активной галактики в ее полное излу­ чение [64]. Основная проблема, касающаяся последовательности (1.6), состоит в том, является ли она эволюционной или же представ­ ляет собой ряд генетически не связанных популяций, образующихся при различных начальных условиях. Отложим обсуждение этого вопроса до рассмотрения природы активности ядер галактик и ква­ заров.

§ 1.3.

ПРИРОДА АКТИВНОСТИ КОМПАКТНЫХ ОБЪЕКТОВ

В ЦЕНТРАХ ГАЛАКТИК

Из предыдущего параграфа следует, что понимание природы активности квазаров, где феномены высоких мощностей и энергий выражены в экстремальной форме, открывает путь для интерпрета­ ции аналогичных, хотя и менее впечатляющих явлений в ядрах галактик различных типов.

Накопленные за последние годы новые данные наблюдений и те­ оретических исследований отбросили многочисленные необоснован­ ные представления о природе квазаров, относящиеся к раннему

Поэтому подавляющее большинство гипотез**, высказанных на заре исследования квазаров, когда их рассматривали как сугубо специ­ фические, ни на что не похожие астрономические объекты, своего рода «монстры» среди уже известных, представляет в настоящее время лишь исторический интерес. Ниже суммированы наиболее

** В качестве исторического курьеза отметим, что уже вскоре после от крытия квазаров на их объяснение претендовало более 300 гипотез [67]!

28