Галактики с активными ядрами

Во всех галактиках, кроме самых небольших, выделяется яркая центральная часть, называемая ядром. В нормальных галактиках, таких, как наша, большая яркость ядра объясняется высокой концентрацией звёзд. Но всё же суммарное количество звёзд ядра составляет лишь несколько процентов от их общего числа в галактике.
Встречаются галактики, у которых ядра особенно яркие. Причём в этих ядрах помимо звёзд наблюдается яркий звездоподобный источник в центре и светящийся газ, движущийся с огромными скоростями — тысячи километров в секунду. Галактики с активными ядрами были открыты американским астрономом Карлом Сейфертом в 1943 г. и впоследствии получили название сейфертовских галактик. Сейчас известны тысячи подобных объектов.
Сейфертовские галактики (или просто сейферты) относятся к гигантским спиральным звёздным системам. Среди них повышена доля пересечённых спиралей, т. е. галактик с баром (SB по классификации Хаббла). Сейферты чаще, чем обычные галактики, образуют пары или группы, но избегают крупных скоплений. Сейферты составляют примерно 1% от общего числа спиральных систем, и их пространственная концентрация такова, что одна галактика приходится примерно на 10 тыс. кубических мегапарсек.
Сейферт обнаружил 12 галактик с активными ядрами, но в течение 15 лет их практически не изучали. В 1958 г. советский астрофизик Виктор Амазаспович Амбарцумян привлёк внимание астрономов к исследованию активных ядер. В настоящее время изучение ядер галактик является одним из наиболее актуальных направлений астрономии.
Формы проявления активности ядер неодинаковы в различных галактиках. Это может быть очень большая мощность излучения в оптической, рентгеновской или инфракрасной области спектра, причём заметно меняющаяся за несколько лет, месяцев или даже дней. В некоторых случаях наблюдается очень быстрое движение газа в ядре — со скоростями тысячи километров в секунду. Иногда газ образует длинные прямолинейные выбросы. В некоторых галактиках ядра являются источниками высокоэнергичных элементарных частиц (электронов и протонов). Эти потоки частиц нередко навсегда покидают галактику в виде радиовыбросов, или радиоджетов.
Активные ядра любого типа характеризуются очень большой светимостью во всём диапазоне электромагнитного спектра (по сравнению с ядрами нормальных галактик). Мощность излучения сейфертовских галактик иногда достигает 10^35 Вт, что ненамного уступает светимости всей нашей Галактики. Но эта огромная энергия выделяется в области диаметром около 1 пк — меньше, чем расстояние от Солнца до ближайшей звезды! Мощность излучения света (оптическая светимость) значительно ниже, хотя и достигает 10^34 Вт. Основная часть энергии излучается обычно в инфракрасном диапазоне.
Что же служит источником энергии для столь бурной активности? Что за «реактор», занимающий менее 1 пк, вырабатывает столько энергии? Окончательного ответа пока не знает никто, но в результате длительной работы теоретиков и наблюдателей разработано несколько наиболее вероятных моделей.
Первой была выдвинута гипотеза, что в центре галактики находится плотное массивное скопление молодых звёзд. В таком скоплении часто должны происходить взрывы сверхновых. Эти взрывы могут объяснить и наблюдаемые выбросы вещества из ядер, и переменность излучения.
Вторая модель была предложена в конце 60-х гг. отчасти по аналогии с тогда только открытыми пульсарами. Согласно этой версии, источником активности ядра служит сверхмассивный звездоподобный объект (газовый шар) с мощным магнитным полем — так называемый магнитоид.
Третья модель связана с таким загадочным объектом, как чёрная дыра. Предполагается наличие чёрной дыры массой в десятки или сотни миллионов масс Солнца в центре галактики. В результате аккреции (падения) вещества на чёрную дыру выделяется огромное количество энергии. При падении в гравитационном поле чёрной дыры вещество разгоняется до скоростей, близких к скорости света. Затем при столкновении газовых масс вблизи чёрной дыры энергия движения преобразуется в излучение электромагнитных волн.
Спектральные наблюдения на Хаббловском космическом телескопе и крупных наземных телескопах подтвердили наличие больших масс несветящегося вещества в ядрах целого ряда галактик. Это хорошо согласуется с предположением, что причиной активности ядер являются массивные чёрные дыры. Чёрные дыры массой более миллиона масс Солнца могут иметься у значительной части галактик. Есть наблюдательные свидетельства существования чёрных дыр в ядрах нашей Галактики и туманности Андромеды. Но поскольку их масса сравнительно невелика, активность ядер слабая.
Для понимания природы активных ядер важно учитывать и эффекты, связанные со взаимодействием галактик. Когда две галактики проходят вблизи друг друга, их структура может претерпеть значительные изменения. В частности, если в самый центр галактики попадёт большое количество газа, он стимулирует активность ядра. Поэтому среди сильно взаимодействующих галактик особенно часто встречаются галактики с активными ядрами.