Гайд по астрономии. Путешествие к границам безграничного космоса

В то время как гигантские эллиптические галактики, как полагают, стали такими огромными, поглощая своих меньших «сестер», галактики со вспышкой звездообразования, по всей видимости, чаще всего возникают при взаимодействии двух галактик сходного размера. Другое важное отличие заключается в том, что по крайней мере в одной из таких галактик, вступающих во взаимодействие, должны иметься обильные запасы газа. Именно газ, некогда загнанный в плотные облака, вызывает и «вспышки ярости» у новорожденных звезд, и энергетические последствия этих вспышек, столь характерные для звездообразования. Рассмотрим галактику Сигара (М82), ближайшую к нам из тех, в чьих плотных центрах сейчас активно рождаются новые звезды. Под провоцирующим воздействием гравитации со стороны ее гораздо более крупной соседки — галактики Боде (М81) — М82 полыхает массивными скоплениями горячих голубых звезд, бесчисленными остатками сверхновых, видимых в радиодиапазоне, и огромным биполярным истечением ионизированного газа. Сейчас она формирует новые звезды в таком темпе, что поддерживать его на протяжении долгого времени она просто не сможет, и либо очень скоро она успокоится, либо у нее менее чем за несколько сотен миллионов лет закончится звездообразующий газ.

Другие галактики со вспышкой звездообразования связаны в пары теснее и находятся в процессе слияния (рис. 8.4). Астрономы полагают, что они представляют собой ценные прототипы галактик, возможно, характерные для более густонаселенной ранней Вселенной, в которой только начинали формироваться гигантские эллиптические галактики и балджи будущих гигантских спиральных галактик.

Рис. 8.4. Схема двух галактик в процессе слияния. Многие галактики со вспышкой звездообразования находятся в таких тесно взаимодействующих системах. (Материалы любезно предоставлены F. Zwicky, Physics Today, vol. 6 [1953], p. 7.)

Галактики с активными ядрами

Мы закончим эту главу описанием самых странных объектов в видимой Вселенной — галактик с активными ядрами, которые в текущую эпоху составляют примерно 1 % от всех гигантских галактик. Начиная с 1950-х годов, когда были открыты странно светящиеся источники космического радиоизлучения, астрономы начали сопоставлять их с видимыми галактиками и выявили целый «бродячий цирк» галактик с аномальной активностью. По мере того как угловое разрешение и чувствительность радиотелескопов становились все лучше, на полученных картах обнаружились огромные области биполярного истечения газа, охватившие область протяженностью в несколько сотен тысяч световых лет. Часто видимая галактика, расположенная в центре, кажется в несколько десятков раз меньше, чем эти удивительные потоки. Многие из таких галактик оказались гигантскими эллиптическими галактиками или странно искаженными слияниями ранее неповрежденных галактик.

Тем временем астрономы выяснили, что некоторые спиральные галактики, которые на первый взгляд казались совершенно обычными, содержали яркие ядра, излучавшие в основном в оптическом и инфракрасном диапазонах. Такие галактики были названы сейфертовскими — в честь Карла Сейферта, впервые описавшего их в 1943 году. В спектрах этих источников присутствовали широкие эмиссионные линии высокоионизированных атомов. Состояние высокой ионизации указывало на газовые облака, рядом с которыми находился некий невероятно горячий источник энергии. Кроме того, широкие профили спектральных эмиссионных линий указывали на экстремальное доплеровское смещение, заметное в длине волны излучения, исходящего от газовых облаков; причиной тому были их высокие скорости. Наконец, было замечено, что светимость источника излучения колеблется во временных масштабах от нескольких часов до нескольких дней.

Собрав все это воедино, астрономы со временем пришли к выводу, что эти наблюдения в совокупности согласуются с сейфертовскими галактиками, в которых присутствуют сверхмассивные черные дыры, окруженные дисками прирастающего горячего вещества. Каждый аккреционный диск подобен «эпицентру взрыва», в котором газовые облака, идущие под влиянием притяжения к массивному астрономическому телу, сталкиваются с другим веществом, присутствующим в диске. Вихрь, возникающий в результате ударного нагрева, ярко светится на всех длинах волн, ионизируя и подпитывая энергией любые газовые облака, окружающие диск. Изменения в скорости аккреции объясняют наблюдаемые колебания в светимости как аккреционного диска, так и реагирующих газовых облаков.