По книгам, учебникам, материалам с Интернета, компиляции научных докладов с конференций…

1. Звездные города: Галактики. Часть II: активные галактики По книгам, учебникам, материалам с Интернета, компиляции научных докладов с конференций…

2. Краткая шпаргалка – какустроена наша Вселенная...:

3. Поднимемся на уровень галактик. Их способен увидеть – каждый человек! Некоторые – даже невооруженным глазом...

4. Какими бывают другие галактики? Эта классификация отражает не только особенности их видимой формы, но и свойства входящих в них звезд: Е-галактики состоят из очень старых звезд, в Ir-галактиках основной вклад в излучение дают звезды, существенно моложе Солнца. В S-галактиках характер спектра выдает присутствие звезд всех возрастов.

5. Особенности спиральных галактик • Спиральные галактики имеют много газа, яркость от центра падает скачками, бывают с барами и без баров, между собой отличаются темпами звездообразования, составляют около 70% от общего количества галактик (25% без баров, 25% с барами, 20% линзообразные S0). Массы галактик от 108 до 1012

6. Неправильные галактики • Галактики малой массы и произвольной формы • Около половины вещества в них – межзвездный газ. Большое и Малое Магеллановы облака NGC 1427A, пример неправильной галактики. 

7. Взаимодействующие галактики

8. Взаимодействующие галактики Последовательность из четырех изображений показывает слияние двух черных дыр и галактик, в центрах которых они находятся. Несколько сот миллионов лет они вращаются вокруг их общего центра, прежде чем образовать единую черную дыру. Такое слияние должно, как ожидается, сопровождаться интенсивным излучением гравитационных волн. Изображение ниже - реальное столкновение галактик. Используя компьютеры, ученые моделируют различные варианты столкновения галактик. На верхнем изображении галактики уже сблизились, но расстояние между ними еще велико и гравитационное взаимодействие еще не исказило их форму. На нижнем - галактики уже столкнулись. Сильно искореженные центральные области довольно быстро сольются в единую галактику.

9. Скопления галактик Оказывается, довольно много галактик собираются в большие сверхскопления… Справа – часть сверхскопления в созвездие Дева. Наше местное скопление – на его краю. Слева – сверхскопление в созвездии Волосы Вероники. Другое название скопления –Кома.

10. Галактики – до края Вселенной…

11. Галактики, часть II: Активные галактики

12. Галактики, часть II: Активные галактики – что это? Основные признаки • Большое энерговыделениев ядре активной галактики по сравнению с «нормальными» - в 103больше. • Причем нестационарные явления в галактиках связаны с их ядрами, на которые приходится значительная доля излучения всей галактики (нередко в областях диаметром в 1 парсек выделяется мощность излучения, сравнимая со светимостью нашей Галактики). • Сильное излучение во всех диапазонах (не только в оптике), нетепловой характер излучения от ядра Fν ~ ν-α • Что это означает? Всем хорошо известно, что если мы нагреваем брусок железа, то он будет светиться все ярче и ярче. Вообще, любые нагретые тела будут излучать энергию, причем количество энергии и вид спектра будут зависеть от температуры. Такое излучение называется тепловым. • Но возможны и другие механизмы излучения энергии. При этом вид спектра будет совсем другим, его нельзя объяснить тем, что излучает какое-то нагретое тело, например, газ. Этот тип излучения называется нетепловым. Одним из самых важных для астрофизики вообще и для физики активных ядер в частности является т.н. синхротронное излучение. Оно образуется при движении электронов в магнитном поле и имеет характерный нетепловой спектр. • Переменность излучения (от 10 минут в рентгене до 10 лер в оптике и радио) • Широкие линии в спектрах (означает большие скорости газа), запрещенные линии и т.п. особенности спектров, поляризация излучения • Выбросы из ядра (джеты), в радиодиапазоне видны также горячие пятна и облака вокруг родительской галактики (до сотен тысяч и миллионов световых лет)

13. Активные галактики = большая энергетика

14. Активные галактики – в каком диапазоне светят?

15. Активные галактики – разновидности • Обычныегалактики • Сейфертовскиегалактики • Радиогалактики • Лацертиды • Квазары В Метагалактике в 1 куб. мегапарсеке: Нормальных галактик 0.1 - 1, Сейфертовских 10-2… 10-3 Радиогалактик 10-6 Зависимость "абсолютная звездная величина (MV) -логарифм пространственной концентрации (N)" для галактик,сейфертовских галактик (С.г.) и квазаров.

16. Активные галактики – всё активность из ядра!

17. Активные галактики – а в ядре у них массивные черные дыры… • Сейфертовскиегалактики • Радиогалактики • Лацертиды • Квазары Наиб. вероятной представляется след. упрощённая схема О. с а. я. (рис. 2): сверхмассивная (~108M☼ ) чёрная дыра с гравитац. радиусом ~3 х 1013 см, на к-руюаккрецирует вещество приливно разрушаемых звёзд, образующее дискообразную структуру; область рентг. излучения имеет размеры 1014 - 1015 см (световые часы), затем следуют область оптич. континуума (световые дни) и разрешённых эмиссионных линий (до 1017 см), область ИК-континуума (световые месяцы), на расстоянии ~1019 см (парсеки) - область излучения запрещённых линий. Перпендикулярно плоскости диска расположены оптич. и радиоструи протяжённостью до неск. парсек (в радиодиапазоне). Здесь же, в полярных конусах диска, вблизи области жёсткого излучения, возникают линии высокой ионизации ([FeX] и др.). Проблема образования релятивистских коллимированных струй ещё не решена окончательно. Возможно, перспективной является модель γ-пушки, в к-рой чёрная дыра имеет определённые вращат. момент и магн. поле. При дисковой аккрециизамагниченной плазмы формируется сильное электрич. поле, к-рое ускоряет заряж. частицы перпендикулярно плоскости диска до релятивистских скоростей, что в конечном итоге приводит к мощному потоку-излучения. При этом плазма в жерле внутр. части аккреционного диска прозрачна для квантов с характерной энергией ~ 100 МэВ. Коллимированные (узконаправленные) джеты могут быть связаны с узкой направленностью пучка γ -квантов. При массе ~109 и поле ~ 104Гс полный поток энергии направленного-излучения и релятивистских электронов достигает 1046 эрг/с.

18. Сейфертовские галактики Названы в честь их первооткрывателя К.Сейферта (1943). В галактиках Сейферта ядро выглядит как яркая звездочка в центре самой обычной звездной системы. В спектрах этих ядер всегда присутствуют яркие и очень широкие линии излучения. Они принадлежат нагретому газу, имеющему необычно высокие скорости движения (тысячи км/с). В некоторых из них эмиссионные спектральные линии имеют ширины, соответствующую скорости около 30 000 км/сек (0.1 скорости света!). Эти скорости связаны с движением облаков газа в центральных частях сейфертовских галактик. Т.е. существует большое количество газа, вылетающего из ядра со скоростью до десятков тысяч км/сек. Спектры сейфертов имеют нетепловой характер в широком диапазоне волн. Светимость сейфертовских галактик эта величина составляет примерно 1044 эрг/сек, что равно светимости нашей Галактики, но у сейфертов вся эта энергия выделяется в области диаметром около 1 пк (это меньше, чем расстояние от Солнца до ближайшей звезды)! Оптическая светимость достигает 1042 эрг/сек, а основная часть энергии обычно излучается в инфракрасном диапазоне и для галактики NGC 1068, которая входила в число первых открытых сейфертовских галактик, составляет 2*1044 эрг/сек. А вот в радио они относительно слабы… Спектр сейфертовской галактики NGC 4151 в радио-, оптическом и рентгеновском диапазонах. 

19. Сейфертовские галактики Сейфертовские галактики относятся к гигантским спиральным галактикам (среди которых велика доля ( 70%) пересеченных спиралей (Sb)) Сейферты составляют примерно 1% от общего числа спиральных галактик, и их пространственная концентрация равна 1 галактика на 104 кубических Мпк. Спектры сейфертов имеют нетепловой характер в широком диапазоне волн. Для блеска этих галактик свойственна переменность с амплитудой порядка одной звездной величины и периодом от нескольких дней до нескольких недель. Также иногда происходят мощные вспышки, блеск резко увеличивается. В целом спектр похож на спектр квазаров и это является еще одним аргументом в пользу наличия генетической связи между этими двумя типами объектов. На фото – «классика жанра» NGC 1068

20. Сейфертовские галактики Эти скорости связаны с движением облаков газа в центральных частях сейфертовских галактик. Т.е. существует большое количество газа, вылетающего из ядра со скоростью до десятков тысяч км/сек. Спектры сейфертов имеют нетепловой характер в широком диапазоне волн. Для блеска этих галактик свойственна переменность с амплитудой порядка одной звездной величины и периодом от нескольких дней до нескольких недель. Также иногда происходят мощные вспышки, блеск резко увеличивается. В целом спектр похож на спектр квазаров и это является еще одним аргументом в пользу наличия генетической связи между этими двумя типами объектов. Ход скорости вращения в обычной галактике – не более сотен км/c Центр спиральной галактики NGC 4151 в созвездии Гончие Псы. Астрономы прозвали его «Глаз Саурона». Данные астрономических наблюдений были собраны рентгеновской обсерваторией Чандра и телескопом Якоба Каптейна в Ла Палма. Подтверждением идеи «обратной связи» между черной дырой и газовым облаком являются, прежде всего, сама форма рентгеновского излучения — оно вытянуто из левого верхнего в правый нижний угол, а также особенности спектра. Так, синяя и желтая части «зрачка» указывают на наличие положительно заряженного водорода, а красный эллипс вокруг него — на наличие нейтрального водорода, который является частью коллапсирующей структуры, находящейся возле центральной области галактики и искаженной гравитационными взаимодействиями с другими галактическими объектами. Желтые пузыри обозначают области, где недавно завершилось формирование звезд.

21. Радиогалактики - галактики, являющиеся источниками мощного эл.-магн. излучения в радиодиапазоне Термин "Р." возник в результате отождествления в 50-х гг. 20 в. ряда мощных источников космич. радиоизлучения с относительно слабыми источниками оптич. излучения - далекими галактиками. Выделение Р. как особого класса галактик в известной степени условно, поскольку в настоящее время установлено, что практически все галактики излучают в радиодиапазоне (правда, с большим различием в мощности - от 1037 до 1044 эрг/с). Нормальные радиогалактики (мощность излучения 10 30 –10 32 вт., в основном спиральные галактики). Еще лет 10 назад много говорили о 2-х типах радиогалактик – FR I (слабые, диффузные к краям) и FR –II (яркие, к краям – «горячие пятна»). Ввели – Фонарофф и Райе. КВАЗАРЫ -Малые угловые и линейные размеры. - Мощность излучения 10 37 – 10 41 Вт Переменность излучения.

22. Радиогалактики: два типа Двойная популяционная объединенная схема основана на гипотезе двух родительских популяций: радиомощных радиогалактик типа FR II (справа), которые являются родителями всех радиоквазаров и некоторых объектов типа BL Lac, и радиогалактик умеренной мощности типа FR I (слева), которые являются родительскими по отношению к объектам типа BL Lac.

23. Радиогалактики Для понимания природы радиогалактик в первую очередь важна необычная структура их изображений в радио диапазоне. Галактика, которая в оптике видна как более-менее обычный объект, в радио лучах предстает перед нами в виде трех источников. Центральный совпадает с ядром галактики, а два других расположены симметрично по обе стороны от центрального, и расстояние между ними составляет обычно от 0.1 Мпк до 1 Мпк. Эти два "радиоуха" часто гораздо мощнее источника, совпадающего с ядром, и могут иметь яркие "горячие пятна". Эта особенность связана с такой характерной чертой радиогалактик, как джеты (или струи), которые бьют из ядра галактики.

24. Радиогалактики: смотрим в оптике и радиодиапазоне Эллиптическая галактика NGC5532 в ядре скопления Девы, видимая как радиоисточник 3C296 . Пример хорошо развитых радиооблаков, порожденных джетами из центра галактики. Размер изображения 382.5 × 384.0 arcsec² Эллиптическая галактика NGC5532 в ядре скопления Девы, видимая как радиоисточник 3C 296 – здесь ее изображение наложено на ее оптическое изображение. Джеты перпендикулярны аккреционному диску.

25. Радиогалактики Непрерывные спектры радиоисточников

26. Возникновение радиоволн в условиях космоса • Излучение нагретой плазмы • Излучение электронов высоких энергий • Излучение в спектральных линиях атомов и молекул

27. Радиогалактики • Многие удалённые галактики – гораздо более мощные источники радиоизлучения (до 1038 Вт), чем наша Галактика (1031 Вт) Радиокарта центральной части радиогалактики М87

28. Радиогалактики: взаимосвязь радиооблаков, джет и аккреционного диска вокруг черной дыры в центре галактики Эллиптическая галактика NGC5532 в ядре скопления Девы, видимая как радиоисточник 3C296 . Пример хорошо развитых радиооблаков, порожденных джетами из центра галактики. Размер изображения 382.5 × 384.0 arcsec² Эллиптическая галактика NGC5532 в ядре скопления Девы, видимая как радиоисточник 3C 296 – здесь ее изображение наложено на ее оптическое изображение. Джеты перпендикулярны аккреционному диску.

29. Радиогалактика 3C 219

30. Радиоглактика 3C 31

31. Радиогалактики: радиоизлучение на длинных радиоволнах сосредоточено в радиооблаках Пункт 2.3.4 Эллиптическая галактика M 84 в ядре скопления Девы, видимая как радиоисточник класса FRI - 3C 272.1. Пример хорошо развитых радиооблаков, порожденных джетами из центра галактики. Размер изображения 256.0 × 256.0 arcsec² Гигантская радиогалактика 3C452 с хорошо выраженными радиооблаками. Джеты, встречаясь с межгалактической средой, порождают горячие пятна на концах. Размер изображения 317.2 × 345.8 arcsec²

32. Радиогалактики: радиоизлучение на длинных радиоволнах сосредоточено в радиооблаках Пункт 2.3.4 Гигантская радиогалактика 3C457 с хорошо выраженными радиооблаками, которые порождаются джетами, идущими из центра галактики. Джеты, встречаясь с межгалактической средой, порождают горячие пятна на концах, которые в процессе остывания формируют радиооблака. Размер изображения 384.0 × 384.0 arcsec² Гигантская радиогалактика 3C184.1 с хорошо выраженными радиооблаками, которые порождаются джетами. Здесь хорошо заметна двойная структура радиооблаков – джеты повторно породили их новое поколение – более молодые облака рождаются из горячих пятнами на концах джет. Размер изображения 307.2 × 307.2 arcsec²

33. Радиогалактика 3C 120: что в центре? В ядрах радиогалактик и идущих от них джетах (струях) происходят быстрые движения пятен (до околосветовых скоростей!).

34. Квазары • Квазары – мощные радиоисточники, удалённые от нас на миллиарды световых лет, но в оптическом диапазоне они очень слабые объекты. Радиоастрономия: задачи, методы, результаты

35. Радиогалактики Разновидностей радиогалактик – много!.. Например: N-ГАЛАКТИКИ (NG) – внегалактич. объекты, к-рые в оптич. диапазоне выглядят как образования с ярким звездоподобным ядром, окружённым туманной протяженной оболочкой, а в радиодиапазоне проявляют себя как сильные протяжённые радиоисточники. Своё название они получили по первой букве латинского слова nucleus – ядро. Наличие компактных ядер с ультрафиолетовым избытком. Малочисленность NG роднит их с квазарами и мощными радиогалактиками. Возможно, NG явл. какой-то промежуточной популяцией между квазарами и радиогалактиками или даже их промежуточной стадией эволюции. ЛАЦЕРТИДЫ Наличие быстрой переменности в оптическом, инфракрасном и радиодиапазонах. -Высокая и быстро меняющаяся поляризация (до 50–60 %), что это указывает на присутствие магнитного поля. Нетепловой континуум с максимумом инфракрасной области. Возможно это молодые квазары.

36. Радиогалактики • РАДИОГАЛАКТИКИ И КВАЗАРЫ. • Нормальные радиогалактики (мощность излучения 10 30 –10 32 вт., в основном спиральные галактики). • Радиогалактики. ( нет спиральных, в основном сфероидальные системы) КВАЗАРЫ -Малые угловые и линейные размеры. - Мощность излучения 10 37 – 10 41 Вт Переменность излучения.

37. Квазары -Малые угловые и линейные размеры. - Мощность излучения 10 37 – 10 41 Вт Переменность излучения. Квазары погружены в галактики. Однако почти во всех случаях квазар сияет столь ярко, что затмевает гораздо более слабый свет породившей его галактики. Поэтому на фотографиях можно увидеть лишь светлую точку от активного ядра. Внутри квазара находится исключительно мощный источник энергии - это черная дыра. Jна окружена диском из вещества диаметром в несколько световых лет. Вблизи диска быстро несутся облака газа, а еще дальше, на расстоянии около 100 световых лет, более тонкие и более холодные облака, где квазар сливается со своей галактикой.

39. Активные галактики – взгляд ближе к центру  Во многих галактиках материя вокруг сверхмассивной черной дыры в центре испускает интенсивное излучение и ионизирует окружающий газ, вызывая его  свечение. Эти светящиеся области типичных активных галактик, как правило, небольшие, до 10%  диаметра галактики.

40. Активные галактики – взгляд ближе к центральной черной дыре. Как это видят художники И как на самом деле…

43. Активные галактики – новые виды открывают и сегодня!… Новый класс галактик был обнаружен с помощью телескопа ESO (VLT), телескопа Gemini South, и канадско-франко-гавайского комплекса (CFHT). Свое прозвище "зеленые бобы" они получили благодаря необычному внешнему виду. Новый объект получил название J224024.1-092748 или J2240. Галактика находится в созвездии Водолея и ее свету понадобилось примерно 3,7 миллиарда лет, чтобы достичь Земли.  После первого открытия, команда Ширмера продолжила поиск и были обнаружены еще 16 объектов с похожими свойствами. Эти галактики настолько редки, что такой объект может быть единственным в радиусе около 0.7 миллиарда световых лет.  Во многих галактиках материя вокруг сверхмассивной черной дыры в центре испускает интенсивное излучение и ионизирует окружающий газ, вызывая его  свечение. Эти светящиеся области типичных активных галактик, как правило, небольшие, до 10%  диаметра галактики. Однако, в случае J2240 и другие подобных объектов, эти области огромны и охватывают весь объект. J2240 является одним из самых больших и ярких скоплений, когда-либо найденных астрономами. Ионизированный кислород светится ярко-зеленым светом, что первоначально привлекло внимание Ширмера.

44. Разновидностей галактик – много… Прозванные «зелеными горошинами» (Green Peas – см. иллюстрацию), галактики эти активно формируют новые звезды – примерно вдесятеро быстрее, чем это происходит в нашем Млечном Пути. При этом они еще и совсем невелики, в среднем вдесятеро меньше и в сотню раз легче той же нашей галактики. Обнаруженные «зеленые горошины» находятся на изрядном расстоянии от нас, в 1,5-5 млрд световых лет.  Открыли любители астрономии, перебирая снимки международного проекте распределенных вычислений Galaxy Zoo(http://www.galaxyzoo.org/ ) «Ни один человек в одиночку не сумел бы совершить подобную находку, - уверена Кэролин Кардамон, - Даже если кто-нибудь смог бы проанализировать, скажем, десять тысяч снимков, он наткнулся бы лишь на парочку “зеленых горошин” и не сумел бы понять, что имеет дело с неизвестным ранее, редким классом галактик». Действительно, из примерно миллиона снимков, составляющих базу Galaxy Zoo, таких «горошин» пока что обнаружено лишь около 250-ти.  Это довольно компактные (менее 5 кпк) галактики с низкой металличностью. Они находятся относительно недалеко (0.112<0.360) и являются "родственниками" голубых компактных галактик. Наблюдения на Хаббле показывают, что некоторые из них обладают клочковатой морфологией. Этим галактикам свойственна высокая УФ-светимость при относительно небольшой звездной массе (около миллиарда солнечных, иногда чуть больше). Все эти свойства объясняются высоким темпом формирования звезд (порядка 10 масс Солнца в год).

45. Галактики открывают даже учителя и домохозяйки… Интернет-проект Galaxy Zoo предлагает всем людям доброй воли принять участие в настоящем масштабном астрономическом исследовании – среди них оказалась и Ханни Ван Аркель (Hanny van Arkel), большая любительница астрономии, школьный учитель из Нидерландов. На одном из представленных в «зоопарке» снимков далекого космоса она обнаружила весьма таинственный объект. Некоторые специалисты уже окрестили его «космическим призраком», а на форуме Galaxy Zoo его назвали ‘Hanny′s Voorwerp’ (первое слово – имя первооткрывательницы; второе – по-датски просто «объект»; то есть, получается «Объект Ханни»). Начав рассматривать его внимательней, астрономы-профессионалы пришли к выводу, что, похоже, им встретился объект неизвестного до сих пор класса. Объект ‘Hanny′s Voorwerp’: зеленый шар газа в центре, возможно, подсвечен «световым эхо» от уже погибшего квазара

46. Кратко, суть: • Аккреционный диск + массивная черная дыра • Унификационные схемы. Мы видим разные типы галактик в зависимости от угла наклона аккреационных дисков по отношению к нам

47. Спасибо за внимание!