Занимательная астрофизика

Как выяснилось, эта активность в очень многих случаях проявляется в форме узких выбросов плазмы — ионизованного газа, исходящих из центра галактики и являющихся источниками радиоизлучения.

Еще при изучении радиогалактики в созвездии Лебедя (радиоисточник Лебедь А) было установлено, что источником ее радиоизлучения является не сама эта галактика, а две диффузные области, расположенные по обе ее стороны.

В дальнейшем оказалось, что такую же двойную структуру имеет и большинство известных нам внегалактических источников радиоизлучения (см. рис. 6).

Рис. 8. Выброс в галактике NGC 4486 в созвездии Девы.

Протяженность выбросов может быть весьма велика. Так, например, в галактике М 87 (NGC 4486) протяженность выброса в проекции на плоскость, перпендикулярную лучу зрения, составляет около 5 тыс. световых лет (радиоисточник Дева А — рис. 8). Как показывают наблюдения и теоретические исследования, яркое оптическое излучение этого выброса порождается релятивистскими электронами, движущимися в магнитных полях со скоростями, близкими к скорости света. Таким образом, и это излучение имеет синхротронную природу. Очевидно, в ядре галактики М 87 происходят какие-то мощные физические процессы, сопровождающиеся выделением огромного количества энергии.

Иногда выбросы вытягиваются на расстояние до миллиона световых лет, заканчиваясь в своеобразных округлых, протяженных «радиооблаках», расположенных за пределами изображения галактики, наблюдаемого в оптическом диапазоне (рис. 9). В таких радиооблаках заключена колоссальная энергия — до 10⁶³ Дж и даже выше. Чтобы оценить количество этой энергии, достаточно сказать, что для ее выделения пришлось бы полностью превратить в излучение массу десятков и даже сотен миллионов звезд.

А у галактики NGC 6251, расположенной от нас на расстоянии 300 млн. световых лет, выброс тянется на 4 млн. световых лет.

Рис. 9. Зеркально симметричные выбросы в галактике ЗС 449.

Высказывается предположение, что радиоизлучающая субстанция выбрасывается из ядра радиогалактики в двух диаметрально противоположных направлениях вдоль оси вращения ядра. Особого внимания заслуживает тот факт, что выброшенное вещество на протяжении многих миллионов лет не рассеивается. Видимо, это объясняется тем, что сгустки выброшенной намагниченной плазмы проходят со сверхзвуковой скоростью через межгалактическую среду. Поэтому расширение сгустка за счет внутреннего давления происходит лишь до тех пор, пока это давление не будет уравновешено внешним давлением. При этом внутреннее давление складывается из обычного газового давления, пропорционального температуре, и плотности сгустка, магнитного давления и давления космических лучей, а внешнее равно половине произведения плотности окружающей среды ρ_cp на квадрат скорости V_сг движения сгустка:

Однако после того, как движение сгустков оказывается заторможенным внешней средой, они постепенно начинают рассеиваться.

Вообще же семейство космических выбросов довольно разнообразно. Они бывают мощными и мелкомасштабными, двойными и односторонними, прямолинейными и искривленными, зеркально-симметричными и обладающими обращенной симметрией (т. е. изгибу в одну сторону у одного из выбросов соответствует изгиб в противоположную сторону у другого).

Из числа известных в настоящее время двойных радиоисточников более 70 имеют крупномасштабные выбросы. И вот что особенно любопытно: как правило, такие выбросы наблюдаются у слабых двойных радиоисточников. В какой-то мере это, возможно, связано с условиями наблюдения. Дело в том, что большинство мощных радиоисточников — это объекты сравнительно молодой Вселенной, и поэтому находятся на столь больших расстояниях от нас, что связанные с ними выбросы трудно обнаружить.

Но дело, по-видимому, не только в этом. Возможно, явление, о котором, идет речь, связано с различной ориентацией магнитных полей в слабых и сильных выбросах. Однако эта проблема требует дальнейшего исследования.

Что же представляют собой космические выбросы? Какова их физическая природа? Имеющиеся в распоряжении современных астрономов данные говорят о том, что это струи газа, которые, подобно струям воды из шланга, выбрасываются из центра галактики. Они пронизывают межзвездную, а затем и межгалактическую среду, неся с собой массу, энергию, импульс и магнитный поток. Преодолевая сопротивление среды., головная часть выброса постепенно теряет скорость и движется медленнее, чем газ в средней его части. Благодаря этому в головной части выброса накапливается энергия.