Внегалактическая радиоастрономия

Нормальные галактики; радиогалактики и квазары, протяженные и компактные структуры; активные ядра галактик, переменность, выбросы; скопления галактик.

Радиоизлучение спиральных галактик состоит из нескольких компонентов:

(а) излучение диска (размеры источника, как правило, совпадают с оптическим диском галактики); (б) излучение спиральных рукавов; (в) излучение зон HII; (г) излучение остатков вспышек сверхновых; (д) радиогало; (е) излучение ядер галактик. Компонент (в) создается тормозным свободно-свободным излучением ионизованного газа вокруг OB-звезд. Этот компонент наиболее интенсивен на коротких (сантиметровых) волнах. Остальные компоненты нетепловые и имеют синхротронную природу. Среди дискретных источников синхротронного излучения – остатки вспышек сверхновых, наблюдавшиеся в галактиках M31, M33, M100, M101 и некоторых других. В ряде случаев удалось наблюдать радиоизлучение очень молодых остатков вскоре после оптической вспышки

(сверхновая в M101,

сверхновая 1987A в Большом М106 (NGC4258)

Магеллановом Облаке).

Наблюдения в линии 21 см.

Интерпретация наблюдений проводится в предположении малой оптической толщины в линии. Картографирование галактики в линии 21 см дает распределение лучевых скоростей нейтрального газа, из которого можно вывести кривую вращения

галактики и распределение полной массы в ней.

В галактиках наблюдаются также радиолинии ряда молекул.

Гидроксил (OH). Линии = 18 см наблюдаются в ряде галактик, причем как в поглощении (на фоне источника непрерывного спектра в ядрах галактик), так и в излучении, в виде наложения многих мазеров.

Вода (H2O). Мазеры в линии = 1.35 см найдены в нескольких галактиках, в

том числе несколько довольно мощных мазеров в Большом Магеллановом Облаке. Известны "супермазеры" (или мегамазеры) – особо мощные мазеры H2O, в том числе галактика в Циркуле и NGC 4945. Обе принадлежат к типу

Sc. Светимости "супермазеров" в линии = 1.35 см более чем на порядок превосходят светимость самого мощного мазера H2O в нашей Галактике W49..

В обеих галактиках излучение в линии H2O исходит из околоядерных

областей, на расстояниях <100 пк от центра (в нашей Галактике вблизи ядра нет мощных мазеров H2O). Еще один пример "супермазера" H2O – мазер

около ядра сейфертовской галактики NGC 4258. Мазерные компоненты

сосредоточены в области ближе 1 пк от ядра.

Окись углерода (CO). Линии J =1–0 и 2–1 окиси углерода наблюдаются у 35 галактик (в том числе спиральных, неправильных и сейфертовских, – в том числе в известной галактике M82 с "взрывающимся" ядром). Содержание молекул CO является мерой количества молекулярного водорода H2 в

галактике; непосредственно наблюдать H2 нет возможности.

Аммиак (NH3). Наблюдаются инверсионные линии NH3 l =1.25 см в галактике

типа Scd IC 342. Линии аммиака в нашей Галактике наблюдаются в основном в плотных горячих ядрах молекулярных облаков. По-видимому, и в IC 342 эмиссия NH3 исходит из большого числа отдельных горячих центров.

Молекулярные облака HCN вокруг центральной сверхмассивной черной дыры галактики

Радиогалактики – галактики, выделяющиеся своим сильным радиоизлучением. Механизм радиоизлучения – синхротронный. Их радиосветимости достигают 1045 эрг/с. В большинстве случаев это гигантские эллиптические галактики. Примеры: Vir A (NGC 4486, M87), Cen A (NGC 5128). Еще одна известная радиогалактика – двойная галактика Cyg A (z = 0.06, угловой размер 2 ), один из первых радиоисточников, для которого было получено оптическое отождествление. Для сравнения, у "нормальных" галактик (включая нашу Галактику) светимость в радиоконтинууме 1037–1038 эрг/с (столько же, сколько у Крабовидной туманности). Внегалактические радиоисточники делятся на протяженные (прозрачные) и компактные (непрозрачные). Компактные источники (или компоненты источников) характеризуются синхротронным самопоглощением. Радиогалактики, как правило, имеют парные структуры в виде противоположно направленных выбросов («радио-

уши»). Так, радиогалактика Vir A имеет выбросы, исходящие из очень компактного ядра размером всего 0.1 пк.

Переменность внегалактических радиоисточников. У многих источников плотность потока переменна, иногда меняется в несколько раз. Характерное время изменений от нескольких дней до нескольких лет. В некоторых источниках обнаружена очень быстрая переменность с характерным временем порядка нескольких часов. Общепринятая интерпретация переменности связана с выбросом расширяющихся облаков релятивистского газа («плазмоидов») из центральных областей галактики (активные ядра галактик).

Повторное картографирование с интервалом в несколько лет для многих радиоисточников

с выбросами позволило обнаружить и измерить собственные движения радиоизлучающих компонентов.

Имеются источники, у которых скорость разлета компонентов является сверхсветовой. Это объясняется релятивистскими эффектами при движении

облаков под малыми углами к лучу зрения. Видимая скорость vнабл

перемещения объекта в картинной плоскости, когда весь объект расширяется с субсветовой скоростью v,

где θ – угол между направлением на наблюдателя и вектором скорости компонента, β=v/c. Величина vнабл максимальна при cos θ = v/c, таким образом,

vнабл может быть больше скорости света.

Спектры внегалактических радиоисточников.

Спектры радиоизлучения у радиогалактик и квазаров сходны. Все спектры имеют синхро- тронную природу.

В качестве источников энергии радиогалактик и квазаров предлагались столкновения галактик, гравитационный коллапс, цепная реакция взрывов сверхновых, аннигиляция вещества и антивещества, аккреция вещества на массивную черную дыру в ядре. Последний механизм наиболее вероятен.

Общепринято, что механизм излучения радиогалактик и квазаров – синхротронный. Вид синхротронного спектра определяется потерями энергии релятивистских частиц на синхротронное излучение, обратное комптоновское рассеяние, тормозное излучение и адиабатическое расширение. В результате в первоначально степенном спектре возникает излом и происходит завал на высоких частотах, т.к. наиболее энергичные электроны скорее теряют свою энергию. При отсутствии поступления новых релятивистских частиц в спектре электронов образуется завал при энергии

где H – магнитное поле в источнике. При отсутствии инжекции завал будет со временем смещаться в сторону меньших энергий; соответственно,

частота излома в спектре синхротронного излучения будет понижаться. Частота излома nc = cHEc2.