Особый интерес представляют галактики с резко повышенной светимостью в радиоизлучении. Их принято называть радиогалактиками.

Наиболее выдающаяся радиогалактика — Лебедь А. Это мощнейший дискретный источник радиоизлучения. В том месте неба, где он находится, никаких оптически ярких объектов нет. Но подробное рассмотрение слабых галактик в этом месте позволило все-таки разыскать ви­новника мощного радиоизлучения. Им оказалась слабень­кая, 18-й видимой звездной величины, двойная галактика с чрезвычайно тесно расположенными друг к другу ком­понентами. Эта галактика ввиду ее слабости в каталог NGC конечно, не попала. Ее называют Лебедь А, потому что в созвездии Лебедя она является самым интенсивным источником радиоизлучения.

Особенностью этой двойной галактики является также необычный спектр излучения. Спектр удалось получить при помощи 5-метрового телескопа, несмотря на то, что галактика очень слабая. В нем много ярких запрещенных линий элементов т. е. таких спектральных линий, кото­рые в обычных условиях не возникают. Более 50% всего оптического излучения галактики принадлежит этим эмиссионным линиям. Спектр показал также сильное красное смещение, что позволило определить расстояние, оказавшееся равным 200 Мпс. Зная видимую звездную величину и расстояние, можно вычислить абсолютную звездную величину двойной галактики. С учетом погло­щения света в нашей Галактике получается М = —20m,5. Таким образом, Лебедь А — сверхгигантская галактика, превосходящая по светимости даже нашу Галактику. Можно подсчитать, что она излучает в оптическом диапа­зоне частот 2 1037 джоулей в секунду, а в радиодиапазоне 3 • 1037 Дж/с. Это единственный случай для галактик, когда сравнение энергий показало преобладание энергии ра­диоволн над энергией оптического излучения.

Объекты, подобные галактике Лебедь А безусловно, очень редки в Метагалактике. Это очевидно из того, что ближе расстояния 200 Мпс нет ни одного столь мощного источника радиоизлучения. Но, конечно, Лебедь А не единственный объект подобного рода во Вселенной. Дру­гие такие объекты должны находиться на еще больших расстояниях. Поток приходящего от них радиоизлучения ввиду большего расстояния слабее, чем от источника Ле­бедь А, но все-таки радиотелескопы могут их обнаруживать. Оптическое же отождествление, таких далеких объ­ектов становится невозможным: соответствующие им га­лактики слишком слабы.

Есть все основания думать, что среди большого числа дискретных источников радиоизлучения, не поддающихся до сих пор отождествлению , с оптическими объектами, часть является чрезвычайно далекими галактиками, по­добными объекту Лебедь А. Современные радиотелескопы способны обнаруживать дискретные источники радиоиз­лучения, поток энергии которых в 8000 раз слабее, чем у галактики Лебедь А. Следовательно, те из самых сла­бых регистрируемых дискретных источников радиоизлу­чения, которые по своей физической природе аналогичны источнику Лебедь А, должны находиться на расстоянии в 8000  ≈ 90 раз большем, чем Лебедь А. Отношение рас­стояний на самом деле не сртоль велико, так как интенсивность излучения ослабляется также значительным на столь больших расстояниях красным смещением спектра источников радиоизлучения. Расстояние этих слабых источников радиоизлучения (если они имеют такую же природу, как источник Лебедь А) можно оценить в 4000 Мпс. Радиоизлучение от этих возможных объектов должно путешествовать к нам около12 млрд. лет!

На таких расстояниях галактики оптически наблю­даться не могут (Лебедь А, например, имел бы 27-ю ви­димую звездную величину, совершенно неуловимую современными телескопами.) Радиоастрономия в несколько раз расширила доступную исследованиям область Все­ленной.

Вернемся, однако, к самому объекту Лебедь А. В чем причина его необычайно мощного радиоизлучения?

Американские астрономы Бааде и Минковский пред­положили, что Лебедь А — это встретившиеся и прони­кающие друг в друга спиральные галактики. При столк­новении спиралей на большой скорости встречаются диф­фузные массы. Происходит их разогрев и начинается свечение, в котором ввиду не очень высокой температуры значительную долю занимает радиоизлучение. Эта точка зрения может получить развитие, если предполагать, что при встрече диффузных масс значительная доля их кине­тической энергии столкновения переходит в энергию относительно небольшого числа так, называемых реляти­вистских частиц, т. е. частиц, движущихся с огромными скоростями. Релятивистские частицы, проходя через маг­нитные поля, замедляют свое движение, их кинетическая энергия уменьшается и при этом излучается энергия преимущественно в виде радиоволн, но также и в оптиче­ском диапазоне.

На важную роль этого механизма излучения, вызы­ваемого движением релятивистских частиц в слабых магнитных полях, впервые указал И. С. Шкловский. Воз­никающее таким образом излучение принято называть синхротронным, потому что оно было обнаружено в уско­рителе элементарных частиц — синхротроне.

Известны еще два случая, когда отождествленные с оптическими объектами источники радиоизлучения обла­дают тем свойством, что энергия радиоизлучения сравни­ма с энергией оптического излучения. Это Гидра А и Гер­кулес А. У них энергия радиоволн только в четыре раза меньше энергии световых волн. В обоих этих случаях отождествляемые галактики снова оказались двойными.

Несколько ярких галактик, входящих в каталог NGC, также отнесены к разряду радиогалактик потому, что их радиоизлучение аномально сильное, хотя оно значительно уступает по энергий световому излучению. Из этих галактик NGC 1275, NGC 5128, NGC 4782 и NGC 6166 также являются двойными. Бааде и Минковский считали, что эти факты подтверждают их гипотезу случайного образования радиогалактик при столкновениях звездных систем, содержащих в себе диффузную
материю.

Противоположную точку зрения на природу радиогалактик высказал В. А. Амбарцумян. Он указал, что изучение снимка источника радиоизлучения Лебедь А
убеждает в том, что если наблюдается столкновение двухгалактик, то это столкновение — центральное с точным попаданием ядра в ядро. Между тем центральные столкновения должны происходить гораздо реже, чем нецентральные. Для встречи диффузной материи двух звездных систем и образования радиогалактики по гипотезе Бааде и Минковского вовсе нет необходимости в центральном столкновении. Достаточно и нецентрального столкновения, которое приведет к созданию несколько менее мощной радиогалактики. Поэтому в случае правильности гипотезы столкновения должно было бы наблюдаться  много радиогалактик, образованных нецентрально сталкивающейся парой галактик. Среди таких
радиогалактик многие должны, были бы находиться ближе и наблюдаться отчетливее, чем Лебедь А. Но ничего подобного нет. Более, того радиогалактика NGC 5128 также, если допустить гипотезу столкновения, представляет собой пример строго центрального столкновения, что в рамках гипотезы столкновения кажется еще
более удивительным.

В. А.. Амбарцумян считает, что радиогалактики явля­ются результатом процесса разделения первоначаль­ного тела на два тела — две удаляющиеся друг от друга галактики. Стадия деления — переход материи из более плотного состояния в менее плотное — вызывается взрыв­ными процессами, которые сопровождаются интенсивным радиоизлучением.

Радиогалактика, следовательно, есть стадия, через которую проходит каждая галактика в самый ранний период своего развития. В гипотезе деления естественно объясняется тесное и взаимно центральное расположение компонентов двойных радиогалактик. Однако не вполне раскрытым остается механизм образования радиоизлу­чения. Но нужно иметь в виду, что мы не знаем аналогов такого грандиозного процесса, как возможный процесс разделения галактик в результате взрыва, и потому не­удивительно, что сам механизм взрыва и сопровождаю­щие его процессы пока остаются неясными. Однако можно предполагать, что при взрыве радиогалактики, как и при вспышке сверхновой, образуется большое количество частиц, летящих с огромными скоростями в магнитных полях и порождающих синхротронное излучение. Это излучение, по-видимому, составляет главную часть опти­ческого излучения и полностью определяет радиоизлуче­ние радиогалактики. Характерно, что районы радиоизлу­чения обычно простираются далеко за пределы оптически наблюдаемой области радиогалактики. Должно быть, в эти районы уже проникли   релятивистские частицы.

Радиоисточник Лебедь А излучает в радиодиапазоне и оптическом диапазоне 1038 Дж/с. Стадия радиогалакти­ки не может быть длительной. Можно предположить, что она длится около 1 млн. лет. Тогда за период пребыва­ния в стадии радиогалактики типа Лебедь А излучается 3 • 1051 Дж. Эта энергия (синхротронного излучения) выз­вана замедлением движения релятивистских частиц в магнитных полях. Но это только небольшая доля — от 0,01 до 0,001 всей энергии, развязанной взрывом. Поэто­му энергию взрыва радиогалактики нужно оценить в 1053—1054 Дж. При полном переходе водорода Солнца в гелий выделится 1045 Дж. Значит, энергия взрыва радиогалактики равна энергии перехода водорода в гелий почти у миллиарда солнц. У Солнца этот переход проте­кает около десяти миллиардов лет. А у радиогалактики энергия, равная энергии перехода водорода в гелий у миллиарда солнц, освобождается мгновенно в результате грандиозного взрыва.

Не все радиогалактики являются двойными система­ми. NGC 2623 и NGC 4486 — одиночные объекты. У них, так же как и у двойных радиогалактик, в спектрах есть яркие запрещенные линии. Кроме того, у этих галактик имеются своеобразные черты, выделяющие их из среды других галактик.

Особенно интересна сверхгигантская радиогалактика NGC 4486. Мы уже писали о ней в своих публикациях на сайте Все о космосе раньше, от­мечая, что она обладает самой большой из известных масс галактик и окружена самой богатой системой шаро­вых скоплений. Но у этой галактики имеется еще одна замечательная особенность. Фотография ее центральной части, выполненная на 5-метровом телескопе при значительном увеличении и сравнительно небольшой экспозиции, показывает, что NGC 4486 имеет малень­кое яркое ядро, из которого выброшена прямая тонкая струя светящейся материи. У этого светящегося выбро­са, имеющего длину 22″ или в линейной мере около 1000 пс спектр излучения такой, какой должен созда­ваться релятивистскими частицами, движущимися в маг­нитных полях. Это подтверждает наличие быстрых дви­жений и то предположение, что наблюдаемая полоса есть выброс, который может быть произведен только из ядра галактики.

Таким образом, мы снова встречаемся с явлением активности ядер галактик, причем активность носит характер взрывного процесса. Любопытно, что выброс наблюдается только в одну сторону от ядра. Это, каза­лось бы, является нарушением законов физики. Согласно третьему закону Ньютона всякий выброс из ядра в некотором направлении должен компенсироваться выбросом в противоположном направлении.

Долгое время односторонний характер выброса в NGC 4486 служил пищей для различного рода догадок и предположений. Однако в 1967 г. Арпу удалось полу­чить снимки NGC 4486, на которых видна и полоска светящейся материи, выходящая из ядра и точно на­правленная в противоположную сторону, причем наиболь­шая яркость полоски отмечается на расстояниях 26″, а затем 38″ от центра. Особенно явствен контрвыброс в лучах На, что указывает на важную роль диффузной материи в создании излучения.

Почему все-таки выброс и контрвыброс так различ­ны? Почему первый четко и ярко виден на обычных фотографиях, а второй удается обнаружить только при­няв при фотографировании специальные меры? Возможно следующее объяснение: обширная часть центральной области NGC 4486 заполнена темной материей. Выброс, который мы считаем основным, направлен от ядра не только в сторону, но и к нам, а следовательно, .контр­выброс, устремленный в противоположную сторону, направлен от нас. Он должен быть тогда в значительной мере заслонен темной материей и плохо различаем.

Поскольку NGC 4486 и NGC 2623 —это одиночные объекты, объяснить их радиоизлучение при помощи гипотезы столкновения нельзя. Это серьезный аргумент против гипотезы Бааде — Минковского и в пользу гипотезы В. А. Амбарцумяна, которая рассматривает явление мощного радиоизлучения в некоторых галак­тиках как результат взрывных процессов космического масштаба.

Дополнительным аргументом в пользу своей гипотезы В. А. Амбарцумян считает то обстоятельство, что все радиогалактики являются сверхгигантами в отношении оптической светимости. По новейшим данным для 24 радиогалактик их средняя абсолютная звездная величи­на равна —21m,4, Предположение, что разделение пре­имущественно происходит у сверхгигантских объектов, кажется естественным! В рамках же гипотезы случайно­го столкновения нельзя понять, почему сталкиваются именно сверхгиганты. Астрономия не располагает дан­ными о каком-либо механизме, который при возможном столкновении галактик резко увеличивал бы их опти­ческую светимость.

Среди радиогалактик большая часть является эллип­тическими галактиками. Это сверхгиганты с необыкно­венно сильным радиоизлучением. Интересно, что среди нормальных галактик самым слабым, труднообнаруживаемым радиоизлучением обладают именно эллиптические галактики. Почему эллиптические галактики являются носителями самого сильного и самого слабого радиоизлу­чения в мире галактик, сказать пока трудно.

Интересна также особенность радиогалактик, состоя­щая в том, что площадь всей области, от которой, исходит радиоизлучение, во много, в сотни раз больше площади, наблюдаемой оптически. В некоторых случаях радиоизлучающие области простираются на 100 и более кпс от центральной части радиогалактики. Следовательно, на таких больших расстояниях прослеживается диффузная материя, генерирующая радиоизлучение. Естественно задать вопрос, не являются ли столь же обширными пространства, занимаемые диффузной материей у нор­мальных сверхгигантских галактик? Быть может, разли­чие состоит лишь в том, что в диффузной материи нор­мальных галактик не происходят процессы, генерирую­щие радиоизлучение, а простирается она так же далеко, как и у радиогалактик. В таком случае диффузная ма­терия нашей Галактики должна охватывать Магеллановы Облака, и Магеллановы Облака погружены в нее. Диф­фузная же материя Галактики и диффузная материя нашего ближайшего сверхгигантского соседа — галактики NGC 224 соединяются, проникают друг в друга.

Из 2270 дискретных источников радиоизлучения Сид­нейского каталога 55 расположены в направлении дале­ких скоплений галактик. Так как одна радиогалактика в радиодиапазоне излучает в тысячи раз больше, чем нормальная галактика, то нужно думать, что радиоизлу­чение, исходящее от скопления галактик, определяется скорее всего одной оказавшейся в скоплении радиогалактикой, чем совокупным действием всех остальные галактик скопления. Радиогалактики встречаются очень редко, их не может быть много в одном скоплении.

В нескольких скоплениях галактик удалось отождест­вить ту галактику, которая создает все или почти все радиоизлучение скопления,— является радиогалактикой. Каждый раз это оказывалась эллиптическая галактика, имеющая слабое сжатие, почти круглая и. расположен­ная у самого центра скопления. Каждый раз это сверх­гигант первая по светимости и по размерам галактика скопления.

Каталог оптически отождествлённых радиогалактик с измеренными значениями красных смещений спектров  Δƛ/ƛ   опубликованный Бербиджем и Крауном в 1979 г.,

содержит уже 495 объектов.

 

Т.А.Агекян «Звезды, Галактики, Метагалактики» 1981 год. Издание третье, переработаное и дополненое

Приглашаем Вас обсудить данную публикацию на нашем форуме о космосе.