Содержание

Активное ядро галактики

Объекты глубокого космоса > Галактики > Активное галактическое ядро

Художественная интерпретация аккреционного диска сверхмассивной черной дыры, подпитывающей галактику в активном состоянии.

Что такое активное ядро галактики: исследование Стрелец А, наличие сверхмассивной черной дыры в Млечном Пути, строение ядра с фото, типы галактик Сейферта.

1970-е годы стали неким переломным моментом для астрономии. Дело в небольшом радиоисточнике, подававшем сигналы из центра Млечного Пути. Ему дали название Стрелец А. Десятилетняя слежка и теории позволили понять, что мы смотрим на сверхмассивную черную дыру (СЧД). С того самого момента ученые начали думать, что каждая крупная галактика располагает подобным объектом.

Большую часть своего существования СЧД проводят в тишине и покое, поэтому их нельзя заметить или отследить. Но как только поблизости оказывается материал, они просыпаются и взрываются излучением, создавая больше свечения, чем способна предложить галактика. Эти яркие участки именуют активными ядрами галактики, доказывающих наличие СЧД.

Описание активного галактического ядра

Что же такое активное ядро галактики? Важно начать с того, что яркие всплески не производятся сверхмассивной черной дырой. Ведь этот объект не выпускает даже крошечные частицы света. Вместо этого поток спектра высвобождается из холодного вещества (пыль и газ), окружающего черные дыры. Это аккреционные диски, являющиеся подпиткой для дыры.

Строение активного ядра галактики

В этих участках царствует мощная сила тяжести, поэтому сжимает материал диска, пока температура не достигнет отметки в миллион кельвинов. Именно этот процесс и создает электромагнитную энергию в оптическом и ультрафиолетовом диапазоне. Над аккреционным диском также появляется корона, способная рассеивать фотоны до уровня энергии, получаемой из рентгеновских лучей.

Иногда пылевые и газовые дымки скрывают большую часть излучения, но тогда их можно отследить в инфракрасном диапазоне. Так что процесс заключается в контакте холодного вещества и сверхмассивной черной дыры. В этот момент также создаются сильные магнитные струи, зажигающие материал над или под черной дырой. Они могут выстреливаться на сотни тысяч световых лет и выступают второй причиной излучения.

Активные галактические ядра

Астрофизик Алексей Моисеев об энерговыделении активных галактических ядер, аккреции ими вещества и пузырях Ферми нашей Галактики:

Разновидность активных галактических ядер

Существует две разновидности активных ядер галактик: «тихие» и «громкие». Вторые представлены радиоизлучением, созданным аккреционным диском и струями. Тихие намного проще, потому что наблюдается лишь незначительный объем излучения.

Первую категорию нашел Карл Сейферт в 1943 году. Именно поэтому их называют «сейфертовские галактики» – тихие активные галактические ядра с примечательными эмиссионными линиями. Их делят на два типа. Сейферт 1 – галактики с узкими и расширенными оптическими эмиссионными линиями. Это значит, что там присутствуют плотные газовые облака, в которых скорость газа возле ядра достигает 1000-5000 км/с.

У Сейферт 2 присутствуют исключительно узкие линии излучения, созданные газовыми облаками с низкой плотностью. Они отдалены от ядра, а скорость – 500-1000 км/с. Среди прочих подклассов тихих есть квазары и LINER (регионы с низкой ионизацией ядерных излучений). Она напоминают Сейферты 2, но линии с низкой ионизацией достаточно сильны.

Художественная интерпретация активного галактического ядра.

У громких также есть свои виды: радиогалактики, квазары и блазары. Первые – эллиптические с сильным излучением радиоволн. Наиболее яркий тип – квазары, спектры которых напоминают сейферты. Но они менее плотные по газовому соотношению, а узкие линии слабее широких в сейфертах. Блазары – радиоисточники, не отображающие эмиссионных линий в спектрах.

Обнаружение активных галактических ядер

Еще до того, как найти нечто конкретное, в галактических центрах замечались определенные особенности. Например, в аккреционном диске отмечали ядерно-оптические излучения. Как только диск перекрывался пылью или газом возле, можно было увидеть истинную картину в инфракрасном излучении.

Тогда появляются узкие и широкие линии оптического излучения, связанные с разными видами активного галактического ядра. Они формируются каждый раз, когда остывший материал приближается к черной дыре. В результате излучающий материал вращается вокруг черной дыры на высоких скоростях, приводя к диапазону допплеровских смещений освобожденных фотонов.

Струя, выпущенная из галактики М87 (в активном состоянии), достигает 5000 световых лет.

Есть также радио и рентгеновские континуумные излучения. Радио создаются из-за струи, а вот рентгеновские могут быть следствием первой или горячей короны, в которой рассеивается электромагнитное излучение. Нельзя забывать о рентгеновских линиях излучения, вырабатывающихся в период, когда лучи освещают холодный тяжелый материал, расположенный между ними и ядром.

Активное галактическое ядро Млечного Пути

Возвращаясь к

Млечному Пути, оказалось, что количество материала, аккрецируемого на Стрелец А, соотносится с неактивным ядром галактики. Возможно, когда-то это было активное ядро, которое потом перешло в фазу радио-покоя. Однако, есть мнение, что через несколько миллионов (миллиардов) лет оно способно пробудиться.

В момент, когда Андромеда и Млечный Путь сольются, «чужая» сверхмассивная черная дыра объединится с нашей и создаст настоящего гигантского монстра. Возможно, это и станет причиной активации ядра.

Обнаружение активных галактических ядер было важным этапом, так как помогло рассортировать галактики по типам. Кроме того, благодаря поведению ядра астрономы научились определять размер всей галактики. Эти знания также дают подсказки насчет того, какие галактики сформировались путем слияния, а каким еще предстоит пройти сквозь этот процесс.


v-kosmose.com

Недавняя активность ядра Млечного Пути запечатлелась во флуоресценции Магелланова Потока

Узкий участок Магелланова Потока, находящийся непосредственно над центром Млечного Пути, проявляет избыточное свечение в линии Hα, которое нельзя объяснить засветкой от скоплений молодых звезд в Галактике. Если предположить, что газ был возбужден ультрафиолетовым излучением, связанным с джетами центральной черной дыры, то ядро Млечного Пути должно было быть намного более активным в недавнем по космическим меркам прошлом. Необходимые для объяснения избыточной эмиссии темпы поглощения вещества центральной черной дырой и связанная с ними светимость аккреционного диска в 108 раз больше современных значений и сравнимы с таковыми для типичных сейфертовских галактик. Таким образом, и Млечный Путь проходил в прошлом через стадию активной галактики.

Черные дыры и активные галактики

В центре почти каждой большой галактики имеется сверхмассивная черная дыра (СМЧД). Как и всякая черная дыра, СМЧД — это объект столь плотный и массивный, что его гравитация не позволяет ничему попавшему внутрь дыры улететь обратно, включая даже свет. Черные дыры в центрах галактик имеют массу от сотен тысяч до десятков миллиардов масс Солнца, и влияние их тяготения на объекты в центре галактик очень велико. Оно разгоняет обращающиеся вокруг дыры звезды (см., например, S2) и газопылевые облака до сотен и тысяч километров в секунду и способно поглощать, а также — за счет приливных сил — деформировать и разрушать газопылевые облака, а иногда даже сами звезды, проходящие вблизи.

Радиус черной дыры определяется радиусом горизонта событий — воображаемой поверхности, на которой вторая космическая скорость равна скорости света, — и является минимально возможным для объекта данной массы. Радиус пропорционален массе: = 2GM/c2 (в предположении, что черная дыра не вращается; здесь G — гравитационная постоянная, а c — скорость света) и для черной дыры в центре Млечного Пути, масса которой оценивается в 4,3 миллиона масс Солнца, равен примерно 12 миллионов километров — это впятеро меньше среднего расстояния от Меркурия до Солнца. Но размер области, где силы притяжения уже очень велики и разгоняют вещество до тысяч и десятков тысяч километров в секунду, гораздо больше. В этом и состоит объяснение того, что окрестности черных дыр как звездной, так и сверхмассивной весовой категории часто являются источниками интенсивного ионизирующего излучения и потоков заряженных частиц.

Как правило, приближающийся к черной дыре объект не может сразу попасть под горизонт событий — для этого нужно почти полное отсутствие касательной скорости. При заметном отличии ее от нуля (а это почти всегда так) объект только пройдет вблизи от дыры по сильно вытянутой орбите. Таким объектом может оказаться облако пыли и газа. Обычно размеры этих облаков в тысячи и даже миллионы раз больше диаметра дыры, а силы притяжения между близкими объемами вещества в них слабые. Поэтому вблизи от черной дыры скорости и траектории разных фрагментов облака могут очень сильно отличаться (рис. 1).

Огромные силы трения между сталкивающимися потоками газа, которые движутся с очень большими скоростями, приводят к их разогреву до десятков и сотен тысяч градусов и мощному свечению в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. Это происходит за счет кинетической энергии движущихся масс пыли и газа. Наиболее интенсивно эти процессы идут в периапсисе (ближайшей к центральному телу точке орбиты). Поэтому вещество теряет скорость и переходит на более близкие к черной дыре круговые орбиты — так образуется аккреционный диск. Газ в нем также испытывает трение между быстро вращающимися внутренними и медленно вращающимися внешними областями. За счет трения газ во внутренних областях замедляется и падает в черную дыру, при этом нагреваясь до десятков миллионов градусов и излучая еще мощнее. Но даже этот газ не попадает в дыру полностью: остаток «выстреливается» от ее полюсов в виде струй — джетов — со скоростями, близкими к скорости света. Детали этого процесса до сих пор неизвестны, но предполагается, что образованием джетов управляет не кумулятивный эффект, а магнитные поля аккреционного диска. Однако распространенность этого процесса очевидна: джеты имеются у многих активных галактик (рис. 2) и даже у двойных звездных систем вроде SS 433, в которых один из компонентов — черная дыра — поглощает вещество компаньона — обычной звезды.

Падение вещества в черную дыру — самый эффективный после аннигиляции процесс преобразования материи в энергию. Он может освобождать до десятков процентов энергии покоя вещества, то есть в несколько раз больше, чем термоядерный синтез в недрах звезд. Поэтому ядра активных галактик, называемых также сейфертовскими, имеют светимость, сравнимую со светимостью всей галактики, — много миллиардов солнечных. Иногда светимость ядра даже в сотни раз превышает светимость остальной галактики. Тогда галактика называется квазаром. Фаза квазара длится миллионы лет, что достаточно мало по космическим меркам, но через нее проходят многие галактики, особенно — пережившие недавнее слияние, когда их межзвездный газ смешивается, теряет орбитальную скорость и падает в черную дыру в новообразовавшемся центре. Квазар может образоваться и после столкновения Млечного Пути с туманностью Андромеды, которое ожидается через четыре миллиарда лет.

Был ли Млечный Путь активной галактикой?

Почему же мы не видим ядра Млечного Пути на ночном небе в созвездии Стрельца? Одна из причин — в том, что его заслоняет большое количество межзвездной пыли в плоскости галактики. Но наблюдения в дальнем инфракрасном и радиодиапазоне, в которых пыль прозрачна, показали, что окрестности черной дыры в Млечном Пути удивительно спокойны. Светимость непосредственных окрестностей черной дыры сопоставима с несколькими сотнями светимостей Солнца, что на девять порядков меньше, чем могло бы быть. Но было ли так всегда?

Первые свидетельства возможной активности Млечного Пути в прошлом появились в 1996 году, когда было обнаружено так называемое световое эхо: отразившееся от газопылевых облаков излучение вспышки активности в ядре. Это излучение шло к нам не прямо — сначала ему пришлось достичь «зеркала» в нескольких сотнях световых лет от центра Галактики. Поэтому оно запаздывает на некоторое время относительно излучения, которое идет к нам напрямик, то есть вспышка была на несколько сотен лет раньше, чем то, что мы сейчас видим (напомним, что мы видим окрестности центра Галактики такими, какими они были примерно 26 000 лет назад). В тот момент светимость окрестностей центральной черной дыры в течение некоторого времени достигала 1031–1032 ватт (порядка 100 000 солнечных). Еще один небольшой всплеск активности может наблюдаться прямо сейчас, с аккрецией газового облака G2 массой в несколько земных (см. рис. 1)

Пузыри Ферми

Другим явлением, свидетельствующим о более ранней и гораздо более мощной и продолжительной активности, являются пузыри Ферми, названные так по имени Энрико Ферми, внесшего огромный вклад в понимание физики высокоэнергетических процессов, и открытые на снимках космического телескопа, названного его же именем (рис. 3). Эти пузыри образуют похожую на восьмерку структуру вокруг центра Галактики, с долями, простирающимися на тысячи световых лет перпендикулярно ее диску. «Стенки» пузырей, особенно их ближайшая к плоскости Галактики часть, излучают в рентгене, а остальные области — в гамма-диапазоне с энергией квантов до единиц и десятков ГэВ, что похоже на результат столкновении материи, окружающей Галактику, с мощным потоком горячего газа, идущего из ее центра.

Ученые, открывшие пузыри Ферми, предполагали несколько механизмов их образования, но наиболее интересный из них связан с тем, что ядро Млечного Пути было активным в прошлом, а пузыри Ферми появились при столкновении испускаемого центральной черной дырой джета с межгалактическим газом, двигающимся навстречу за счет притяжения Млечного Пути. То, что вещество в джете движется с околосветовой скоростью, способно объяснить наблюдаемый спектр гамма-излучения пузырей Ферми, а необходимая для их образования энергия укладывается в диапазон энерговыделения ядра галактики за период его активности.

Магелланов Поток

Еще одно свидетельство в пользу того, что ядро Млечного Пути могло проявлять значительную активность, пришло из изучения Магелланова Потока (красная полоса на рис. 4; см. также Magellanic Stream). Этот поток крайне разреженного газа, следующий за Большим и Малым Магеллановыми облаками, протянулся на 100° вдоль их орбиты вокруг Млечного Пути. Расстояние до Потока точно не определено и сейчас известно с большой погрешностью: оно оценивается в 55–100 кпк от ядра. Группа астрономов из Сиднейского университета под руководством Джосса Бленд-Хоторна (Joss Bland-Hawthorn) исследовала этот поток и обнаружила его неожиданно сильное и необычное свечение в линии Бальмера Hα.

Кванты света этой линии испускаются при переходе электрона в возбужденном атоме водорода, который является основным составляющим Магелланова Потока (содержание тяжелых элементов — в 10 раз меньше по сравнению с Солнцем), с третьего на второй энергетический уровень, и имеют длину волны 656,4 нм. Интенсивность свечения пропорциональна доле возбужденных атомов. Если газ был возбужден короткой вспышкой, то излучение затухает со временем, поскольку возбужденные атомы возвращаются в основное состояние, и, зная закон затухания (то есть все параметры, которые его определяют), можно рассчитать время вспышки по остаточной интенсивности. Характерное время рекомбинации, а значит, и спадания интенсивность флуоресценции, в условиях крайне разреженного газа потока составляет несколько сотен тысяч лет. Когда концентрация атомов в 1020 раз меньше, чем в воздухе, а расстояние между атомами в сотни миллионов раз больше их размера, электронам и ядрам еще надо найти друг друга!

Изображение Потока в радиоволнах длиной 21 см, и его схематическое расположение относительно Галактики и ее спутников приведено на рисунке 5, а распределение интенсивности свечения в линии Hα — на рисунке 6. Магелланов Поток проходит над центром галактики как раз там, куда должен быть направлен джет черной дыры от сейфертовской вспышки, и именно в этой области свечение возбужденного газа в несколько раз сильнее, чем в остальном Потоке!

По следам сейфертовской вспышки

Конечно, авторы исследования уделили внимание и альтернативным объяснениям избыточного свечения; подробности можно прочесть в исходной статье. Среди них и нагрев каскадом ударных волн от взаимодействия с межгалактическим веществом, и засветка фоновым ультрафиолетовым излучением всех звезд в Галактике. Однако, как было показано, эти механизмы не дают удовлетворительного объяснения, и это дополнительно подтверждает основную модель. На ней и сосредоточимся здесь. В отличие от фонового, излучение от аккреции на центральную черную дыру характеризуется гораздо более жестким спектром (рис. 7) и большей направленностью. Максимальная интенсивность этого излучения называется эддингтоновским пределом, который задается такой светимостью, выше которой давление электромагнитного излучения превышает силу притяжения центрального объекта и приводит к рассеиванию аккреционного диска. Эддингтовский предел пропорционален массе черной дыры: L = 35000*MСМЧД светимостей Солнца. Для Млечного Пути с его сравнительно легкой сверхмассивной черной дырой (4,3 миллионов масс Солнца), он соответствует темпу аккреции 0,2 солнечных массы в год и светимости 1,4·1011 Lsol, из которых значительная доля приходится на излучение с энергией больше 13,6 эВ. Благодаря этому максимальная возможная мощность ультрафиолетовой компоненты в десятки раз превышает интенсивность фонового излучения всех звезд в Галактике. Некоторые сейфертовские галактики, например, NGC 1068, имеют светимость ядра, близкую к пределу Эддингтона, но из статистики наблюдений следует, что это так только в течение коротких и интенсивных всплесков активности, вызванных падением новой массы к дыре, а большую часть времени светимость ядер активных галактик намного меньше. Однако, в пике активности светимость ядра намного больше, чем у самых массивных скоплений горячих и молодых звезд, особенно в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазоне, и ее вполне может хватить для полной ионизации всего газа в части Магелланова Потока, расположенной над полюсом.

Чтобы рассчитать, когда произошла вспышка и насколько она была интенсивной, нужно построить математическую модель события, учитывающую все происходящие процессы. После начала вспышки требуется время, чтобы свет от центра галактики дошел до облака — 170–320 тысяч лет. Атомарный водород сильно непрозрачен для ультрафиолета с энергией в десятки эВ, то есть сначала излучение поглощается тонким слоем газа на внутреннем краю Магелланова Потока. Однако плазма прозрачна, поэтому как только этот слой оказывается полностью ионизирован, излучение начинает проникать глубже и ионизирует следующий слой, и так, пока фронт ионизации не дойдет до внешней стороны облака, или пока не закончится вспышка. Рекомбинация и свечение в линии Hα, как и в других эмиссионных линиях водорода, начинается сразу же, как только газ ионизирован, хотя на Земле это можно будет увидеть еще на 170–320 тысяч лет позже, так как требуется время для путешествия фотонов от облака к Земле — таким образом, суммарная задержка из-за конечной скорости света составит около полумиллиона лет. Рассчитанные зависимости яркости потока в линии Hα от времени (без учета времени путешествия света) представлены рисунке 8.

При одинаковой интенсивности вспышки, большие расстояния до Потока соответствуют меньшей наблюдаемой яркости, а большие концентрации газа — более быстрому угасанию флуоресценции. Как видно, большие погрешности в определении расстояния и плотности потока соответствуют большой погрешности в определении времени вспышки. Кроме того, одному и тому же времени вспышки могут соответствовать разные параметры: большое расстояние и малая плотность газа в Потоке, или наоборот, меньшее расстояние, но более высокая плотность. Нижняя граница количества прошедшего с момента вспышки времени определяется, помимо модели флуоресценции, и фактом, что мы уже видим эмиссию, а значит, свет от вспышки дошел до Потока, а свет эмиссии — от Потока до нас. В то же время верхняя граница определяется временем рекомбинации при самых малых плотности газа в Потоке и расстоянии до него, а наиболее вероятное время вспышки, соответствующее наиболее вероятным параметрам, — 1–5 миллионов лет назад.

Кроме того, интенсивность эмиссии повышается и с увеличением максимальной светимости в момент вспышки. Зависимости параметров модели от интенсивности вспышки приведены на рисунке 9. Из этих зависимостей следует, что интенсивность вспышки составляла как минимум несколько процентов от предела Эддингтона, что помещает Млечный Путь в момент вспышки в класс сейфертовских галактик! Чем меньше светимость, тем меньшая плотность газа требуется, чтобы остаточный уровень эмиссии через данное время после конца активности был таким, как сейчас, а не более низким и не упал до ненаблюдаемых значений. Ввиду времени распространения света вспышка не могла произойти позже, чем несколько сотен тысяч лет назад, и если предположить, что ее светимость была менее одного процента от максимальной, требуется нереалистично низкая плотность газа в Потоке, чтобы объяснить, как остаточная эмиссия в линии Hα сохранилась на нынешнем уровне в течение такого времени.

Что же еще свидетельствует в пользу гипотезы об активности ядра Млечного Пути? Как известно, звезды могут образовываться непосредственно во внешних частях массивного аккреционного диска черной дыры за счет гравитационного коллапса флуктуаций плотности газа. Поскольку приливные силы и различие скоростей движения соседних объемов газа в диске разрушает небольшие флуктуации плотности, распределение звезд по массам при образовании в аккреционном диске сдвинуто в сторону очень массивных звезд. И в непосредственной близости от «нашей» черной дыры имеется плотная группа из 80 ярких и массивных звезд классов O и B, спектры которых свидетельствуют о возрасте 2,5–8 миллионов лет, а расстояния этих звезд от центра настолько малы, что они не могли образоваться по другому механизму. Таким образом, их наличие неявно указывает на возможность эпизода массивной аккреции несколько миллионов лет назад. Кроме того, одно массивное газопылевое облако, сейчас удаляющееся от центра Галактики, должно было пройти вблизи центральной черной дыры 1 миллион лет назад, что должно было вызвать его приливную деформацию и падение большого количества газа в черную дыру. Сейфертовская вспышка могла быть связана с одним из этих событий, или даже с обоими. На восемь порядков сниженная по сравнению со вспышкой активность ядра в настоящее время не противоречит этим выводам, поскольку давление электромагнитного излучения вспышки достаточно сильно, чтобы рассеять еще не упавшие в аккреционный диск фрагменты облака, а без притока материи активность галактического ядра быстро ослабевает.

Таким образом, сразу несколько свидетельств указывают на то, что наша Галактика далеко не всегда была спокойной, и переживала один или несколько эпизодов интенсивной активности только в течение последних 10 миллионов лет. Если предположить, что один из этих эпизодов является ответственным за флуоресценцию водорода в Магеллановом Потоке, то светимость ядра Галактики должна была быть очень мощной, что помещает Млечный Путь в момент вспышки в класс сейфертовских галактик. Эта светимость составляет около 10 миллиардов светимостей Солнца, что на восемь порядков выше современной величины. Если бы не пыль в плоскости Галактики, ее центр выглядел бы на ночном небе почти так же ярко, как молодая Луна. Но пыль так сильно ослабляет видимый свет, что, даже будь в центре Галактики квазар, он бы не был виден. Возможно, в ясные ночи удавалось бы разглядеть его отблески на газопылевых облаках, близких к центру, но отстоящих от плоскости галактики.

Описанные наблюдения и сделанные из них выводы показывают, что разделение галактик на активные и неактивные не является постоянным. Такой вывод можно было сделать, поскольку время изменений, с одной стороны, очень велико по сравнению с периодом наблюдений (и даже существованием самого человечества) и не позволяет непосредственно пронаблюдать изменение активности галактик, а с другой — достаточно мало, чтобы некогда активная галактика могла показаться совершенно спокойной несколько миллионов лет спустя. Однако следы этой активности сохраняются дольше, и методы современной астрономии позволяют заметить их и исследовать. Это — своеобразная галактическая археология, с помощью которой можно разглядеть настоящую картину — одна и та же галактика может быть неактивной, сейфертовской и даже квазаром в течение своей жизни.

Источник: J. Bland-Hawthorn at al. Fossil Imprint of a Powerful Flare at the Galactic Centre Along The Magellanic Stream // е-принт arXiv:1309.5455 [astro-ph.GA].

Иван Лаврёнов

elementy.ru

Центр Млечного Пути

Объекты глубокого космоса > ГалактикиМлечный Путь > Центр Млечного Пути

Изучите центр Млечного Пути: как выглядит галактический центр, наличие и описание активной сверхмассивной черной дыры Стрелец А*, расстояние от Земли.

Центральная часть галактики Млечный Путь всегда вызывает интерес, потому что в центре расположена сверхмассивная черная дыра, именуемая Стрелец А*. Это не только голодное формирование, поглощающее все, что подойдет на опасно близкое расстояние, но и место, где появляются новые звезды.

Изображение области вокруг центра Млечного Пути

Размеры заставляют черную дыру активно питаться. Мощная гравитационная сила засасывает огромный массив материи, сгущающийся и накаляющийся вокруг дыры. Речь идет об аккреционном диске. Трение нагревает пыль и газ, выпуская инфракрасные лучи. Из-за газовой и пылевой дымки бесполезно наблюдать за центром напрямую. Но для рентгеновских, радио и инфракрасных лучей это не помеха.

Центр Млечного Пути удален от нас на 26000 световых лет. Стрелец А* простирается на 14 миллионов миль, а значит, дыра легко достигнет орбитального пути Меркурия, если переместить ее на место Солнца. По массе приравнивается к 40000 солнечных и выше. Если же учитывать радиоизлучающую часть, то она немного больше земной орбиты, а весит более 4 миллиардов солнц.

Объекты центра Млечного Пути

Это активный объект, производящий яркие газовые всплески после каждого обеда. Но дыра не заполняет весь центр. Кроме того, там сосредоточены скопления Арки, Квинтуплет и GC. Звезды невероятно яркие, так как сдуваемые ветры состыковываются с газами других звезд. Скопления контактируют с молекулярными облаками, производя диффузные излучения. Из-за столкновения увеличивается массивность крупных звезд. Теперь вы знаете, что сверхмассивная черная дыра находится в центре галактики Млечный Путь. Наша виртуальная 3D-модель позволит совершить галактическое путешествие онлайн и изучить структуру галактики с ее звездами, планетами, скоплениями и созвездиями.


v-kosmose.com

Галактический Центр Млечного Пути

Объекты глубокого космоса > Галактики > Галактический Центр

Как выглядит галактический центр Млечного Пути: описание центральной области, радиус, схема строения галактики, сверхмассивная черная дыра, анимация центра.

Чтобы представить себе спиральную галактику, подумайте о музыкальной пластинке. Галактика формируется в виде плоского диска, совершающего вращения. В центре находится выпуклость, вокруг которой движутся звезды. Млечный Путь простирается в ширину на 100000 световых лет, а Солнце отдалено от центра на 25000 световых лет.

Строение галактики Млечный Путь

Исследование центра галактики – всегда сложная задача, потому что вокруг распространена туманная дымка, состоящая из газа и пыли. Она настолько плотная, что не позволяет проводить наблюдения в видимом свете. Чтобы понять, что творится «на нашей территории», ученым приходилось изучать центральные части галактик, напоминающих структуру Млечного Пути. Но в последние десятилетия нам все же удалось заглянуть и в наше галактическое ядро. Поблагодарить нужно новые технологии, позволяющие наблюдать за инфракрасным и рентгеновским излучениями (они способны прорываться сквозь пылевую завесу).

И мы нашли нечто удивительное!

Изображение области вокруг галактического центра

Внутри галактического центра располагался объект с огромной массой, вокруг которого вращались звезды. Оказалось, что перед нами сверхмассивная черная дыра, чья масса в 4.1 миллиона раз превышала солнечную. Это позволило отыскать подобные дыры в центрах многих галактик.

Активные галактики (квазары) появляются в том случае, если сверхмассивная черная дыра располагает материалом для постоянной подпитки. Материал нагревается до миллиона градусов и излучает радиации больше, чем все галактические звезды. Как только «еды» нет, черная дыра затихает.

Анимация центра Млечного Пути:

В пределах парсека ядра расположено тысячи звезд. Большая их часть – старые, главной последовательности. Многие отличаются массивностью. Если точно, то больше 100 ярчайших и горячих звезд были найдены именно недалеко от центра. Ученые всегда думали, что массивные приливные силы не должны были допустить их появления. Но эти звезды видимо не согласны, раз разместились там вопреки предположениям. Теперь вы знаете, как выглядит центр галактики.


v-kosmose.com

Ядро Галактики - это... Что такое Ядро Галактики?

Изображение, размером 400 на 900 световых лет, составленное из нескольких фотографий телескопа «Чандра», с сотнями белых карликов, нейтронных звёзд и чёрных дыр, в облаках газа, раскалённого до миллионов градусов. Внутри яркого пятна в центре изображения находится сверхмассивная чёрная дыра галактического центра (радиоисточник Стрелец A*). Цвета на снимке соответствуют рентгеновским энергетическим диапазонам: красный (низкая), зелёный (средняя) и синий (высокая).

Галакти́ческий це́нтр — сравнительно небольшая область в центре нашей Галактики, радиус которой составляет около 1000 парсек и свойства которой резко отличаются от свойств других её частей. Образно говоря, галактический центр — это космическая «лаборатория», в которой и сейчас происходят процессы звёздообразования и в которой расположено ядро, когда-то давшее начало конденсации нашей звёздной системы.

Галактический центр находится на расстоянии 10 кпк от Солнечной системы, в направлении созвездия Стрельца. В галактической плоскости сосредоточено большое количество межзвёздной пыли, благодаря которой свет, идущий от галактического центра, ослабляется на 30 звёздных величин, то есть в 1012 раз. Поэтому центр невидим в оптическом диапазоне — невооружённым глазом и при помощи оптических телескопов. Галактический центр наблюдается в радиодиапазоне, а также в диапазонах инфракрасных, рентгеновских и гамма лучей.

Экваториальные координаты Галактического центра (эпоха J2000.0):

Состав галактического центра

Самой крупной особенностью галактического центра является находящееся там звёздное скопление (звёздный балдж) в форме эллипсоида вращения, большая полуось которого лежит в плоскости Галактики, а малая — на её оси. Отношение полуосей равно примерно 0,4. Орбитальная скорость звёзд на расстоянии около килопарсека составляет примерно 270 км/с, а период обращения — около 24 млн. лет. Исходя из этого получается, что масса центрального скопления составляет примерно 10 млрд. масс Солнца. Концентрация звёзд скопления резко увеличивается к центру. Звёздная плотность изменяется примерно пропорционально R-1,8 (R — расстояние от центра). На расстоянии около килопарсека она составляет несколько солнечных масс в кубическом парсеке, в центре — более 300 тыс. солнечных масс в кубическом парсеке (для сравнения, в окрестностях Солнца звёздная плотность составляет около 0,07 солнечных масс на кубический парсек).

От скопления отходят спиральные газовые рукава, простирающиеся на расстояние до 3 — 4,5 тыс. парсек. Рукава вращаются вокруг галактического центра и одновременно удаляются в стороны, с радиальной скоростью около 50 км/с. Кинетическая энергия движения составляет 1055эрг.

Внутри скопления обнаружен газовый диск радиусом около 700 парсек и массой около ста миллионов масс Солнца. Внутри диска находится центральная область звёздообразования.

Галактический центр Млечного Пути в инфракрасном диапазоне.

Ближе к центру находится вращающееся и расширяющееся кольцо из молекулярного водорода, масса которого составляет около ста тысяч масс Солнца, а радиус — около 150 парсек. Скорость вращения кольца составляет 50 км/с, а скорость расширения — 140 км/с. Плоскость вращения наклонена к плоскости Галактики на 10 градусов.

По всей вероятности, радиальные движения в галактическом центре объясняются взрывом, произошедшим там около 12 млрд. лет назад.

Распределение газа в кольце — неравномерное, образующее огромные газопылевые облака. Крупнейшим облаком является комплекс Стрелец B2, находящийся на расстоянии 120 пк от центра. Диаметр комплекса составляет 30 парсек, а масса — около 3 млн. масс Солнца. Комплекс является крупнейшей областью звёздообразования в Галактике. В этих облаках обнаружены все виды молекулярных соединений, встречающихся в космосе.

Ещё ближе к центру находится центральное пылевое облако, радиусом около 15 парсек. В этом облаке периодически наблюдаются вспышки излучения, природа которых неизвестна, но которые свидетельствуют о происходящих там активных процессах.

Практически в самом центре находится компактный источник нетеплового излучения Стрелец A*, радиус которого составляет 0,0001 парсек, а яркостная температура — около 10 млн. градусов. Радиоизлучение этого источника, по-видимому, имеет синхротронную природу. Временами наблюдаются быстрые изменения потока излучения. Нигде в другом месте Галактики подобных источников излучения не обнаружено, зато подобные источники имеются в ядрах других галактик.

С точки зрения моделей эволюции галактик, их ядра являются центрами их конденсации и начального звёздообразования. Там должны находиться самые старые звёзды. По всей видимости, в самом центре ядра Галактики находится сверхмассивная чёрная дыра массой около 3,7 миллионов масс Солнца, что показано исследованием орбит близлежащих звёзд (см. [1]). Излучение источника Стрелец А* вызвано аккрецией газа на чёрную дыру, радиус излучающей области (аккреционный диск, джеты) не более 45 а.е..

См. также

Литература

  • Физическая энциклопедия / под ред. А.М. Прохорова, ст. «Галактический центр»
  • Агекян Т.А. Звезды, галактики, метагалактика.
  • Каплан С.А., Пикельнер С.Б. Физика межзвездной среды. - М. - 1979
  • Кардашев Н.С. Феноменологическая модель ядра Галактики // в кн. Итоги науки и техники. Серия Астрономия, т. 24. - М. - 1983.
  • Melia Fulvio. The Black Hole in the Center of Our Galaxy, Princeton U Press, 2003 (англ. )
  • Eckart A., Schödel R., Straubmeier C. The Black Hole at the Center of the Milky Way. - London: Imperial College Press. - 2005 (англ. )
  • Melia Fulvio. The Galactic Supermassive Black Hole. - Princeton U Press, 2007 (англ. )

Ссылки

Веб-журнал APOD

Видео

Wikimedia Foundation. 2010.

dic.academic.ru

Центр Млечного Пути

Центр галактики Млечный Путь в инфракрасном диапазоне. Предоставлено: NASA, ESA и Q.D.Wang (Университет Массачусетса, Амхерст), Лаборатория Реактивного Движения, и S.Stolovy (Научный Центр Спитцера/Caltech).

Центр Млечного Пути - это довольно оживленное место. Как и у большинства галактик, там есть сверхмассивная чёрная дыра. Наша называется Стрелец А* (Sagittarius A*, произносится "Стрелец А-звезда"). Эта чёрная дыра не только поедает всё вокруг себя, но и несёт некую пользу, так как область вокруг неё является хорошим местом для образования новых звёзд.

Поскольку чёрная дыра имеет такой огромный гравитационный след, она пытается засосать всё, что находится в пределах её досягаемости. Вся эта гравитация может притягивать огромные количества материи, которые скапливаются вокруг чёрной дыры и нагревают её. Собравшаяся материя называется аккреционным диском, и из-за трения газ и пыль нагреваются, испуская инфракрасное излучение. Центр Млечного Пути почти не показывается в видимом свете, но хорошо виден радио-, инфракрасными и рентгеновскими телескопами, которые могут многое рассказать о чёрной дыре, прячущейся в центре галактики Млечный Путь.Центр Млечного Пути находится в 26000 световых годах от Земли, а диаметр сверхмассивной чёрной дыры Стрелец А* составляет примерно 22 млн км. Это значит, что сама чёрная дыра умещается в пределы орбиты Меркурия. Сколько массы вмещает это относительно малое пространство? Нижний предел массы самой чёрной дыры оценивается в 40000 солнечных масс. Однако радиоизлучающий источник Стрелец А* немного больше, размером с орбиту Земли вокруг Солнца (150 млн км), и весит гораздо больше - 4 млрд солнечных масс.

Стрелец А* - не единственная вещь, которую можно обнаружить в центре нашей галактики, там также находятся массивные звёздные скопления, такие как скопление Арки (Arches Cluster), скопления GC и Квинтоль (Квинтуплет, Qintuplet). Звёзды в этих скоплениях очень яркие в рентгеновской части спектра, поскольку ветры, дующие с их поверхности, сталкиваются с газом, испускаемым из других звёзд в этой области. Звёздные скопления "врезаются" в облака молекулярного газа, создавая больше диффузных выбросов в рентгеновском спектре. Эти столкновения могут привести к увеличению доли более массивных звёзд, чем маломассивных звёзд в Галактическом центре, по сравнению с более тихими районами.

Центр галактики Млечный Путь в рентгеновском диапазоне. Предоставлено: космический радиотелескоп Chandra.

Название прочитанной вами статьи "Центр Млечного Пути".

Похожие статьи:

universetoday-rus.com

галактика, ближайшая к Млечному Пути. Столкновение Млечного Пути и Андромеды

Андромеда - галактика, также известная как M31 и NGC224. Это спиральное образование, расположенное на расстоянии примерно 780 kp (2,5 млн световых лет) от Земли.

Андромеда - галактика, находящаяся ближе всего к Млечному Пути. Названа она в честь одноименной мифической принцессы. Наблюдения 2006 года позволили сделать вывод, что здесь насчитывается около триллиона звезд – как минимум в два раза больше, чем во Млечном Пути, где их существует порядка 200 – 400 млрд. Ученые считают, что столкновение Млечного Пути и галактики Андромеды случится примерно через 3,75 млрд лет, и в итоге будет образована гигантская эллиптическая или дисковая галактика. Но об этом чуть позже. Сначала узнаем, как выглядит "мифическая принцесса".

На рисунке изображена Андромеда. Галактика имеет бело-голубые полосы. Они образуют вокруг нее кольца и укрывают горячие раскаленные гигантские звезды. Темные сине-серые полосы резко контрастируют на фоне этих ярких колец и показывают области, где в плотных облачных коконах образование звезд только начинается. При наблюдении в видимой части спектра кольца Андромеды больше похоже на спиральные рукава. В ультрафиолетовом диапазоне эти образования скорее напоминают кольцевые структуры. Они были ранее обнаружены телескопом НАСА. Астрономы считают, что эти кольца свидетельствует об образовании галактики в результате столкновения с соседней более 200 млн лет назад.

Спутники Андромеды

Так же как и Млечный Путь, Андромеда имеет ряд карликовых спутников, 14 из которых уже обнаружены. Самые известные – М32 и М110. Конечно, маловероятно, что звезды каждой из галактик столкнутся друг с другом, так как расстояния между ними очень большие. О том, что же в действительности произойдет, ученые имеют пока довольно смутные представления. Но уже придумано для будущей новорожденной название. Млекомеда – так именуют еще не родившуюся гигантскую галактику деятели науки.

Столкновения звезд

Андромеда - галактика, насчитывающая 1 трлн звезд (1012), а Млечный Путь - 1 млрд (3*1011). Однако шанс столкновения небесных тел ничтожно мал, так как между ними существует огромное расстояние. Например, ближайшая к Солнцу звезда Проксима Центавра находится на удалении в 4,2 световых лет (4*1013км), или 30 млн (3*107) диаметров Солнца. Представьте, что наше светило – это мячик для игры в настольный теннис. Тогда Проксима Центавра будет выглядеть как горошина, находящаяся на расстоянии 1100 км от него, а сам Млечный Путь простираться вширь на 30 млн км. Даже звезды в центре галактики (а именно там их наибольшее скопление) расположены с промежутками в 160 млрд (1,6*1011) км. Это как один мячик для настольного тенниса на каждые 3,2 км. Поэтому шанс, что какие-нибудь две звезды столкнутся при слиянии галактик, чрезвычайно мал.

Столкновение черных дыр

Галактика Андромеды и Млечный Путь имеют центральные сверхмассивные черные дыры: Стрелец А (3,6*106 масс Солнца) и объект внутри P2 скопления Галактического ядра. Эти черные дыры сойдутся в одной точке возле центра новообразованной галактики, передавая орбитальную энергию звездам, которые со временем сместятся на более высокие траектории. Вышеописанный процесс может занять миллионы лет. Когда черные дыры приблизятся на расстояние одного светового года друг от друга, они начнут испускать гравитационные волны. Орбитальная энергия станет еще мощнее, до тех пор пока слияние не завершится полностью. Исходя из данных моделирования, проведенного в 2006 году, Земля может быть сначала отброшена почти к самому центру новообразованной галактики, затем пройдет около одной из черных дыр и будет извержена за пределы Млекомеды.

Подтверждения теории

Галактика Андромеды приближается к нам со скоростью примерно 110 км в секунду. Вплоть до 2012 г. не было никаких способов узнать, произойдет столкновение или нет. Сделать вывод о том, что оно почти неминуемо, ученым помог Космический Телескоп Хаббла. После отслеживания перемещений Андромеды с 2002 по 2010 г. был сделан вывод, что столкновение случится примерно через 4 млрд лет.

Подобные явления широко распространены в космосе. Например, считается, что Андромеда в прошлом взаимодействовала как минимум с одной галактикой. А некоторые карликовые галактики, такие как SagDEG, и сейчас продолжают сталкиваться с Млечным Путем, создавая единое образование.

Исследования также показывают, что М33, или Галактика Треугольника, - третий по размерам и самый яркий представитель Местной группы - тоже будет участвовать в этом событии. Наиболее вероятной ее судьбой будет заход на орбиту образовавшегося после слияния объекта, а в далеком будущем - окончательное объединение. Однако столкновение М33 с Млечным Путем раньше, чем приблизится Андромеда, или наша Солнечная Система будет отброшена за пределы Местной группы, исключается.

Судьба Солнечной Системы

Ученые из Гарварда утверждают, что сроки объединения галактик будут зависеть от тангенциальной скорости Андромеды. Исходя из расчетов, сделали вывод, что есть 50% шанс, что при слиянии Солнечная Система будет отброшена на расстояние, втрое превышающее текущее до центра Млечного Пути. Точно не известно, как поведет себя галактика Андромеда. Планета Земля тоже находится под угрозой. Ученые говорят о 12% вероятности, что мы через некоторое время после столкновения будем отброшены за пределы нашего бывшего "дома". Но это событие, скорее всего, не произведет сильных неблагоприятных эффектов на Солнечную Систему, и небесные тела не будут разрушены.

Если исключить планетарную инженерию, то ко времени столкновения галактик поверхность Земли сильно раскалится и на ней не останется воды в жидком состоянии, а значит и жизни.

Вероятные побочные явления

Когда объединяются две спиральные галактики, водород, присутствующий на их дисках, сжимается. Начинается усиленное образование новых звезд. Например, это можно наблюдать во взаимодействующей галактике NGC 4039, иначе известной как "Антенны". В случае слияния Андромеды и Млечного Пути считается, что газа на их дисках останется мало. Звездообразование будет не таким интенсивным, хотя вполне вероятно зарождение квазара.

Результат слияния

Галактику, образованную при слиянии, ученые предварительно называют Млекомеда. Результат моделирования показывает, что получившийся объект будет носить эллиптическую форму. Его центр будет иметь меньшую плотность звезд, чем современные эллиптические галактики. Но вероятна также и дисковая форма. Многое будет зависеть от того, сколько газа останется в пределах Млечного Пути и Андромеды. В недалеком будущем оставшиеся галактики Местной группы сольются в один объект, и это будет означать начало новой эволюционной ступени.

Факты об Андромеде

  • Андромеда - самая большая Галактика в Местной группе. Но, вероятно, не самая массивная. Ученые предполагают что во Млечном Пути сосредоточено больше темной материи, и именно это делает нашу галактику более массивной.
  • Деятели науки исследуют Андромеду с целью понять происхождение и эволюцию подобных ей образований, ведь это ближайшая к нам спиральная галактика.
  • Андромеда с Земли выглядит потрясающе. Многим даже удается ее сфотографировать.
  • Андромеда имеет очень плотное галактическое ядро. Не только огромные звезды расположены в ее центре, но также по меньшей мере одна сверхмассивная черная дыра, спрятанная в сердцевине.
  • Ее спиральные рукава искривились в результате гравитационного взаимодействия с двумя соседними галактиками: М32 и М110.
  • Внутри Андромеды обращаются как минимум 450 шаровых звездных скоплений. Среди них - одни из наиболее плотных, которые удалось обнаружить.
  • Галактика Андромеда - самый удаленный объект, который можно увидеть невооружённым глазом. Вам понадобится хорошая точка обзора и минимум яркого света.

В заключение хочется посоветовать читателям почаще поднимать свой взгляд на звездное небо. Оно хранит много нового и неизведанного. Найдите немного свободного времени, чтобы понаблюдать за космосом в выходные. Галактика Андромеды на небе - зрелище, которое непременно стоит увидеть.

fb.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *