Александр Гинзбург
Окончание. см. часть 1
Немного романтики в классификации галактик.
Как и у звезд, у галактик цвет и светимость не являются совершенно независимыми параметрами, хотя они связаны друг с другом не так строго, как у звезд, и совсем по иной причине.
Для галактик существует своя диаграмма "цвет-светимость" - вот она какая.
По горизонтальной оси отложена абсолютная звездная величина (светимость) галактик, по вертикальной - цвет (точнее - показатель цвета), снизу вверх - от голубого к красному.
Таким образом, чем выше на диаграмме находится галактика, тем выше ее показатель цвета (тем более она является красной), а чем ниже - тем он меньше (она является более голубой). Чем правее на диаграмме галактика - тем она ярче (выше ее светимость).
И, подобно звездам, галактики тоже занимают на диаграмме только лишь определенные области
Только вот если звезды на диаграмме "цвет-светимость" занимают несколько ветвей, причем большая их часть - главную последовательность, то галактики распределяются в трех областях, получивших очень красивые названия: красная последовательность, голубое облако и зеленая долина.
Красная последовательность расположена сверху и занимает всю верхнюю часть диаграммы. Видно, что ей принадлежат и галактики невысокой яркости, и галактики средней яркости, и самые яркие галактики - и все они объединены тем, что они являются красными, причем с ростом светимости их показатель цвета растет, что, в принципе, вполне объяснимо (чем больше галактика, тем быстрее она сформировалась. Парадокс даунсайзинга). Галактики красной последовательности - это преимущественно (а для галактик большой светимости - практически исключительно) эллиптические галактики, в которых зведообразование давно прекратилось или его интенсивность очень низка.
Голубое облако - более компактная область голубых галактик, в которых существует достаточно много газа и процессы звездообразования идут достаточно (а иногда и весьма) интенсивно - неправильные карликовые и (для центральной и правой части облака) спиральные галактики.
Промежуток между красной последовательностью и голубым облаком называется поэтично - зеленая долина. Он весьма слабо заселен, и его составляют преимущественно редко встречающиеся т.н. красные спиральные галактики.
Диаграмма, что нетрудно понять и подтверждено наблюдениями удаленных галактик, постепенно эволюционирует со временем и за последние миллиарды лет несколько изменила форму. Со временем правая часть красной последовательности постепенно поднимается, а голубое облако "расплывается", к тому же все больше галактик растут и дрейфуют вправо и вверх по диаграмме.
Классификации по наблюдаемой активности ядра.
В центре почти каждой большой (и, скорее всего, большинства малых) галактик находятся сверхмассивные черные дыры массами в сотни тысяч (редко), миллионы (часто), а иногда - и миллиарды масс Солнца.
В принципе, если в большой галактике нет центральной черной дыры - так это наверняка потому, что она там была и убежала. Серьезно. При мерджинге может произойти (спустя долгое время) слияние центральных черных дыр галактик. И при этом получившаяся при слиянии черная дыра может приобрести импульс - подчас, достаточный для того, чтобы вылететь из галактики. И такие черные дыры, несущиеся прочь из галактики, известны.
Представляете? По галактике несется объект массой в миллионы солнечных...
В ряде случаев, взаимодействие черной дыры с окружающей ее материей (звездами и облаками газа и пыли) в ядре вызывает целый ряд процессов, и некоторые из них имеют грандиозный и катастрофический характер. При наблюдении это может проявляться в мощном излучении, исходящем от центра галактики и превышающем излучение звезд, которые могли бы его сформировать; колебаниях мощности этого излучения, которое подчас может превышать мощность излучения всей остальной галактики; выбросах газа с большими, иногда релятивистскими скоростями, причем в экстремальных случаях длина струй выброшенного газа (джетов) может превышать размер галактики. А самых экстремальных - достигать миллионов световых лет.
Такое безобразие именуется галактикой с активным ядром, и активность ядра вызывается захватом материала (в основном, газа, подчас пыли, а иногда - целых звезд) центральной черной дырой, и определяется интенсивностью и подробностями захвата. Дело в том, что вещество на черную дыру не падает просто так - оно вначале закручивается вокруг нее, образуя аккреционный диск, центральные части которого могут иметь температуру в миллиарды градусов, и захватывается только из внутренней области диска. Кстати, похоже, балджи дисковидных галактик образованы из древних аккреционных дисков - по крайней мере, это согласуется с моделированием, да и законы вращения у них идентичны.
Галактики с активными ядрами делятся на четыре категории: сейфертовские (или галактики Сейферта), радиогалактики, квазары и блазары (лацертиды). Обычно выделяют еще один класс галактик с активным ядром - лайнеры.
Лайнеры (LINER - a Low-Ionization Nuclear Emission-line Region) - это галактики с ядром, вокруг которого существуют так называемые области эмиссионных линий низкой ионизации. Спектры таких ядер содержат линии и полосы слабоионизированных или нейтральных кислорода, азота и серы. Почти треть ближайших галактик относится к типу галактик с лайнером - преимущественно, эллиптические, линзовидные или спиральные с развитым балджем.
В течение ряда лет считалось, что лайнер возникает благодаря активному звездообразованию в галактике - пока, наконец, не стало ясным, что значительное количество галактик с лайнером имеют вполне нормальное, а иногда и пониженное звездообразование. В настоящее время считается, что лайнеры возникают в результате ионизации газа в центре галактик ударными волнами, возбуждаемыми аккреционными процессами в достаточно разреженном аккреционном диске центральной сверхмассивной черной дыры.
Лайнер - это, в принципе, преходящее явление - это состояние может возникнуть, скажем, при захвате ядром галактики порции плотного газа. А потом может прекратиться столь же быстро, как и возникло. В результате мне помнится один восхитительный заголовок на каком-то популяризаторском сайте "В небе на глазах ученых вспыхнули шесть лайнеров".
Галактики Сейферта - это галактики, у которых спектр излучения ядра показывает наличие мощных выбросов газа со скоростями порядка тысяч километров в секунду. Как правило, сейфертовскими являются спиральные или неправильные галактики. Примерно один процент спиральных галактик относятся к сейфертовским. Всю жизнь считалось, что их два типа - в зависимости от скорости выбросов, и только в 2019 году появились веские причины считать, что тип один, а виноваты условия наблюдения и интенсивность выбросов. Собственно, по механизму возникновения излучения это - квазар (см. ниже) очень низкой, на несколько порядков ниже, чем у "настоящего" квазара мощности, потому что аккреционный диск, соответственно, гораздо меньше по размерам и плотности.
Кстати, судя по многим признакам, еще во времена появления рода человеческого (именно рода) наша Галактика вполне могла считаться слабоактивной сейфертовской галактикой.
Радиогалактики - галактики с очень мощной светимостью в радиодиапазоне (иногда большей, чем в оптической области), не сопровождающейся аномально высокой оптической светимостью. Радиоизлучение таких галактик имеет синхротронное происхождение - масса выбрасываемого из ядра заряженного газа тормозится мощным магнитным полем ядра, генерируя радиоволны.
Квазары... Ну, про квазары говорить можно многое - и все это сказано до нас... Похоже, это чуть ли не самый популярный астрономический объект... Квазар - мощнейший источник оптического и радиоизлучения (а также рентгеновского и прочего), который может затмить (и подчас легко это делает) всю галактику, ядром которой он является. Источником чудовищного излучения квазара является очень мощный аккреционный диск, намного более мощный и плотный, чем в других галактиках с активным ядром. Значительная масса материи, втягиваясь в черную дыру квазара, формирует аккреционный диск, в котором движется с колоссальной скоростью, нагреваясь до упомянутых выше миллиардов градусов, и часть ее выбрасывается вдоль полюсов дыры, формируя колоссальные джеты. В таких случаях до двадцати-тридцати процентов массы падающего вещества могут переходить в излучение, что вполне может, если квазар пожирает звезды, обеспечить его светимость , в десятки миллиардов раз большую, чем у Солнца.
Увы, в наше время Вселенная стала достаточно зрелой, и такие монстры почти перевелись. В прошлом, миллиарды лет назад, они водились во много раз чаще. Нынче же, съев весь доступный (содержащийся в галактиках) материал, они в основном успокоились.
Блазары (лацертиды) - очень интересные объекты с еще более мощным излучением. Исторически их многие считают одним из видов квазаров - но тут есть нюансы...
Блазары могут изменять свою чудовищную яркость в десятки раз за короткое время, но самое интересное в них - это то, что их излучение не носит теплового характера - то есть, излучается не нагретым газом. Это излучение - синхротронное, оно возникает от того, что заряженные частицы, разогнанные черной дырой до околосветовых скоростей (до 0,999995 скорости света!), тормозятся чудовищно мощным магнитным полем черной дыры и аккреционного диска, излучая при этом уже не радиоволны, а видимый свет, ультрафиолетовое излучение и дальше, в область высоких энергий - рентгеновское и мягкое гамма-излучение.
Блазары (лацертиды) - это бывшие квазары, черные дыры таких колоссальных размеров, что их тяготение слабо изменяется на расстояниях порядка диаметра звезды, так что, в отличие от квазара, захватываемая блазаром звезда не разрывается на части, а глотается им почти целиком. Правда, при этом определенная часть звезды в черную дыру не падает, а со скоростью, близкой к скорости света, "выстреливается" вдоль полюса блазара, формируя в его магнитном поле непредставимо мощное излучение. В результате блазары являются рекордсменами в нынешней Вселенной по мощности излучения и характерным энергиям. Классический пример - APM 08279+5255, объект яркостью в квадриллион (я не ошибся - 1015) раз более яркий, чем Солнце. Аккреционный диск этого монстра, обращающийся вокруг черной дыры массой 23 миллиарда солнечной, имеет диаметр около двух тысяч световых лет - а само излучение рождается в области, чуть большей по размеру, чем Солнечная система.
Кстати, что такое светимость в квадриллион солнечных...
Если бы этот блазар был расположен от нас на расстоянии в пятьсот световых лет - он имел бы для нас видимую яркость Солнца. А видимую яркость полной луны он имел бы на нашем небе при наблюдении с расстояния в 316 тысяч световых лет. Между прочим - это в два раза больше, чем расстояние до Большого Магелланова облака.
Ну, и стоит заметить, что очень часто активность ядра не слишком наблюдается в излучении. Ядро практически любой гигантской и сверхгигантской эллиптической галактики активно, оно выбрасывает мощный джет — но активность ядра в части его излучения наблюдать достаточно сложно.
Путеводитель по каналу «Кот-учёный». 2019-2020
#астрономия #космос #галактики #астрофизика
