квазары, блазары, сейфертовские галактики, радиогалактики
Активные галактики – это квазары, блазары, сейфертовские галактики и радиогалактики, отличающиеся от «обычных» галактик своими свойствами. Их полное число – 10% от всех галактик. Отличие активных галактик от «обычных» : «Обычные» галактики - большая часть излучения исходит от звезд, - максимум излучения приходится на видимый спектр, - излучение распределено по всей галактике. Активные галактики - большая часть излучения исходит от газа и не является суммой излучения звезд, - максимум излучения приходится на радиодиапазон и инфракрасный диапазон, - ядро галактики очень высоко светимое. «Обычная» галактика Активная галактика
Сравнение активных и нормальных галактик Типичное распределение энергии у обычной галактики и квазара.
Энерговыделение активных галактик Объект Солнце Галактика Светимость (эрг/сек) 4*1033 1044 Галактики Сейферта 1043 – 1045 Радиогалактики 1043 - 1045 Квазары 1045 - 1049
Считается, что активные галактики имеют аккреционный диск около центральной черной дыры и два перпендикулярных джета (выброса). Их энергетика имеет следующие свойства: - светимость галактик может быть в 10 раз больше светимости нашей Галактики, т. е. L ~ 1045 эрг/сек, - эта светимость является переменной в течение дней или недель, что говорит о малых размерах светящейся материи, - газовые джеты имеют протяженность до 100 000 парсек. Пока нет общепризнанной теории образования джетов и большого эн ления. Одна из них такова. Считается, что в центре активных галактик джет имеется супермассивная черная дыра с массой от 106 -109 M. Такие черные дыры имеют радиусы от 0. 02 до 200 а. е. На дыру падает окружающий газ, который образует диск аккреционный диск, Этот диск разогревается до высоких температур и дает излучение. Но как образуются джеты, двигающиеся от черной дыры? Вероятно, большую роль играет магнитное поле, силовые линии магнитных полюсов.
Почему сверхмассивная черная дыра? Это исходит из наблюдательных фактов: Высокая светимость Существует предел Эддингтона, согласно которому LEdd=30 000 (M/M ) L При L=1045 эрг/сек=1012 L имеем M=3 106 M. Быстрая переменность блеска Это означает, что источник очень компактный Сверхмассивная черная дыра
Черная дыра Пример активной галактики Радиоизлучающие области Галактика Центавр А (NGC 5128. ) В ней радиоструи выбрасываются под прямым углом к темной полосе, как показано на изображении слева внизу.
Прямое наблюдение аккреционного диска в галактике NGC 4261 88 000 световых лет 400 световых лет Слева: радио (красный цвет) и видимое (белый цвет) изображение, полученное наземным телескопом Справа: видимое изображение, полученное телескопом Хаббла
3 C 273 M 87 PKS 0637 -752 Наличие джетов это свойство почти всех активных галактик!
Схема джетов Джет представляет собой сфокусированный поток энергии, переносимый высокоэнергичными электронами и магнитным полем. На удалении от центрального источника этот поток сталкивается с межзвездной средой: движение вещества замедляется и аккумулируется, образуя горячее пятно. Часть вещества даже может вернуться обратно к центру. Полость Джет Центральный объект Энергия переносится вдоль канала Часть вещества возвращается обратно Горячее пятно
Часто активные галактики находятся в центре двойных радиоисточников
IRAS 13225 -3809 интенсивность Интенсивность в рентегене Переменность активных галактик NGC 5548 эмиссионные линии BL Lacertae Время (годы) Время (дни) Интенсивность в У/Фе Радио интенсивность Время (дни) NGC 6548 континиум в У / Ф Время (годы) На графике приведены кривые переменности блеска различных активных галактик в разных спектральных диапазонах
Объект, имеющий длительность переменности блеска, скажем, в х месяцев, должен иметь размер порядка в х световых месяцев А В С Размер объекта х световых месяцев К Земле Излучение со скоростью света от точки А придет на Землю в момент времени t. Но сигнал
Типичные характеристики спектров активных галактик Спектральные линии этих объектов показываю красное смещение эмисионных линий Z= /. Сейфертовские галактики: I тип имеют широкие линии почти одинаковой ширины, II тип имеет узкие линии. Квазары: имеют более сложные профили линий, что говорит об излучении различных джетов. Блазары: почти не имеют эмиссионных линий, их спектр плоский. Радиогалактики: имеют или широкие линии или узкие линии.
I трефйе. С разал. Б I I трефйе. С акиткалагоида. Р акиткала. Г ынлов анил. Д
Квазары: их открытие В 1963 году радиоастрономы открыли необычные объекты: 1. необычный спектр с неотождествленными линиями, 2. большое выделение энергии в радиодиапазоне, 3. видимое изображение объектов было похоже на звезду, 4. значительный избыток инфракрасного и ультрафиолеизлучения 5. переменность излучения в течение дней или месяцев. Эти объекты были названы квазарами – Quasi-Stellar-Radio. Source=квазизвездный радиоисточник. Квазар 3 С 48
Главные особенности квазаров. - Квазары это тип активных галактик. Светимость квазаров в 10 -100 000 раз больше светимости нашей Галактики - до 1046 -1047 эрг/сек. Свойства квазаров определяются газом, падающим на сверхмассивную черную дыру в центре квазара. - Они излучают в оптическом, инфракрасном, ренгеновском и радио диапазонах. - Имеют переменность со временем в несколько недель. Это означает, что размер квазаров порядка нескольких световых недель. - Около 11 млрд лет назад квазары были более многочисленны, чем теперь. - Имеют большие значения Z (самый далекий квазар имеет Z=6). - Часто имеют струйные выбросы (джеты). - Число известных квазаров ~10 000.
3 C 273 – первый открытый квазар Предполагается, что в центре находится черная дыра массы 2*109 M. Вокруг черной дыры имеется аккреционный диск, вещество которого падает на черную дыру, выделяя энергию в 1012 L . Перпендикулярно диску извергаются два джеты аккреционный диск черная дыра в центре
Квазар 3 С 273 и его джет В С А С Это изображение только джета с большим разрешением. Само ядро галактики находится за пределом снимка, полученным комическим телескопом Хаббла. А Это видимое изображение квазара, полученное наземным телескопом. Можно видеть лишь намеки на наличие джета. В Это так же видимое изображение квазара, но полученное более мощным наземным телескопом в Чили. джет уже выявляется более отчетливо.
Движение джета 3 С 273 со сверхсветовой скоростью? 21 с. г. • Внутренняя часть радиоджета состоит из малых «пятен» , отделенных определенными расстояниями. И эти расстояния меняются со временем. На снимке дано положение джетов в течение 3 лет. Левое большое «пятно» соответствует объекту в центре квазара. • Анализ показал, что джет переместился за три года на расстояние в 21 с. г. Движение со сверхсветовой скоростью?
Сверхсветовое движение это оптическая иллюзия се го дн я Скорость движения джета V~c Пути света А и В год наз ад Положения джета Допустим, что угол движения очень мал: движение почти вдоль луча зрения B A Путь В короче пути А: если джет движется с почти световой скоростью, то путь В будет короче пути А почти на 1 световой год. В результате сигнал от джета «сегодня» придет на год раньше. Это и создает иллюзию сверхсветового движения.
Спектры квазаров Интенсивность Спектр квазара 3 С 273 Первая загадка: Первое время ученые не могли отождествить линии в спектре квазаров. Длина волны (А) Решение первой загадки: после долгого анализа М. Шмидт установил, что неотождествленные широкие эмиссионные линии это известные линии водорода, но смещенные относительно своего обычного положения (на рисунке эти положения отмечены началом красных стрелок). Это смещение характеризуется величиной Z=Δλ/λ=0. 15. Такие смещения говорят о том, что квазар является внегалактическим источником: d=Zc/H=630 мгп.
Красные смещения квазаров 1. В начале исследований квазаров красное смещение было найдено и у квазара 3 С 48: Z=0. 37. 2. Затем были открыты квазары с Z>1. В те времена это были самые удаленные объекты Вселенной. 3. К настоящему времени открыты квазары с красными В течение некоторого времени такие большие красные смещениями Z>5 ния приводили в недоумение астрофизиков: в этом случае (!) расстояния квазаров были очень большими, и, как следствие, квазары должны иметь чудовищную светимость. В конце концов было признано, что это имеет место на самом деле.
Переменность яркости квазаров 1. Яркость квазаров меняется с амплитудой в 0 m. 5 – 1 m. 0 и с характерным периодом от нескольких недель до нескольких лет. Переменность блеска квазара Видимая величина 2. Такие короткие периоды свидетельствуют о том, что квазары это очень компактные объекты размером в 1018 - 1019 см (или 1 – 10 световых лет). годы
Почему квазары – внегалактические источники? Первым свидетельством космологической природы квазаров являются их большие красные смещения Z, которые хорошо ложатся на зависимость Хаббла «красное смещение (или скорости) – расстояние» , которая установлена для галактик. Допустим, что для квазара получили значение Z=2. Тогда, используя релятивистскую формулу Второе свидетельство – обнаружение квазаров в скоплении галактик, имеющих одинаковое с ним красное смещение
Почему квазары – внегалактические источники? Третье свидетельство – обнаружение гравитационно линзированных квазаров, расположенных за массивными галактиками или скоплениями галактик. Обратите внимание, что у обоих «духов» совершенно одинаковые Z (или расстояния)
О чем говорят большие Z квазаров? Относительное число квазаров в мпс-3 Красное смещение Z Яркие красные галактики Близкие галактики Квазары Возраст Вселенной (млрд. Распределение объектов по расстоянию лет) Чем больше Z, тем мы глубже заглядываем в молодую Вселенную. Согласно теории Большого Взрыва квазары образовались при возрасте Вселенной в 2 млрд. лет (рис. Слоева). Это подтверждается тем, что наблюдается концентрация числа квазаров при z~2 ( рис. справа). Со временем активность образования квазаров уменьшилась. И к
Светимость квазаров Три формы вида квазаров: -как ядра обычных галактик, -как столкновение галактик, -как слияние галактик Поскольку квазары находятся на больших расстояниях и их яркость велика, то это означает, что они излучают громадную энергию. Откуда берется эта энергия? Считается, что источником такой энергии является черная дыра, на которую спадает большое количество газа, пыли и звезд. На этом снимке показано окружение квазаров. Изображения в центре и справа показывают квазары, которые находятся в разрушенных взаимодействующих и слившихся галактик, в центре которых имеется много вещества для «подкормки» черной дыры.
Модель квазаров Предполагается, что в центре квазаров имеется мас черная дыра с массой 108 – 109 М. Окружающие звез газ падают на дыру, образуя аккреционный диск. Гр ционная энергия, выделяемая при этом, нагревает в нюю часть диска до миллионов градусов, производ чение в рентгеновском диапазоне. Одновременно ч вещества будет извергаться в направлении оси вра черной дыры, образуя джеты. На некотором расстоянии от черной дыра находятся газа, вращающиеся со скоростями в тысячи км/сек. Э облака нагреваются и ионизуются излучением центр области диска. И за счет этой энергии облака начина излучать в эмиссионных линиях. На еще большем расстоянии от ядра находится пыл молекулярный газ, которые опять за счет энергии о центрального источника излучают в инфракрасной Но при расположении диска по направлению к набл телю, эта пыль может затемнить как и центральный ник, так и область образования эмиссионных линий
Probing Dark Matter with High-z Quasars: Gravitational Lensing Light from a distant quasar is bent around a foreground galaxy → two images of the same quasar! Light from a quasar behind a galaxy cluster is bent by the mass in the cluster. Use to probe the distribution of matter in the cluster.
Блазары это тоже тип активных галактик. Как и квазары они были обнаружены как квазизвездные источники. Их яркость может меняться в течение суток, что говорит о малом размере источника, примерно, в 200 а. е. Снимки блазаров с долгой экспозицией установили наличие эллиптического окружения, спектр которого является обычным абсорбционным. Все это указывает на то, что блазары это эллиптические галактики с очень высокосветимым ядром. Блазары делятся на две группы: - очень активные (они составляют подкласс квазаров), - объекты типа BL Lac. В большинстве случаев блазары имеют джеты, направленные случайно в сторону Земли. Главное отличие блазаров от сейфертовских галактик следующее: они не имеют радиоизлучающие области по обе стороны от галактики, но имеют очень яркие плотные ядра в центре эллиптических галактик.
Типичные свойства блазаров 1. Они выглядят как почти точечные оптические объекты без признаков протяженности как у галактик или туманностей. 2. Их переменность более быстрая и в большем масштабе, чем у квазаров. 3. Их спектры являются плавными, без спектральных линий Блазар А 0 235+164 излучает с энергию величиной 1048 эрг/сек Распределение блазаров на небе
Галактики с активными ядрами В 1943 году Карл Сейферт установил, что некоторые близкие спиральные галактики имеют особенности: - очень яркие точечные ядра, светимость ядра даже больше светимости всей галактики, фактически излучение исходит из области размером в 1 с. г. - они излучают во всем диапазоне спектра (от гамма до радио), - в спектрах ядер этих галактик присутствуют очень сильные и широкие эмиссионные линии, - энергия излучения может меняться на интервале времени в годы. Эти галактики получили название сейфертовских (СГ). Сейфертовские галактики являются спиральными с очень ярким ядром. Их светимость составляет 0. 1 -10 светимости нашей Галактики. Из всех спиральных галактик только 2% являются сейфертовскими. За исключением ядра СГ выглядят как обычные спиральные галактики.
с Типичный вид галактики Сейферта (галактика в созвездии Персея)
Галактика Сейферта NGC 4151 Снимок получен с большой экспозицией наземным телескопом. В центре просматривается балж, а на переферии-спирали. Снимок получен с короткой экспозицией орбитальным телескопом Хабла. В центре видно активное звездоподобное ядро.
Переменность яркости Сейфертовских галактик Интенсивность Ядра СГ имеют переменность яркости в течение месяца. Это означает, что размер ядра порядка светового месяца или 5000 а. е. Годы Переменность яркости для сейфертовской галактики 3 С 94
При детальном рассмотрении ядер некоторых сейфертовских галактик обнаруживается явление столкновений двух галактик.
Типы сейфертовских галактик интенсивность Первый тип Sy. I Ядра очень ярки в ультрафиоле- те. Спектры этих галактик содержат очень широкие линии водорода, что указывает на движение газа со скоростями до 30 000 км/сек. Эти спектры очень похожи на спектры квазаров, поэтому есть мнение, что галактики Sy. I Галактика типа Sy II являются мини-квазарами. Длина волны (А) Галактика типа Sy I Длина волны (А) Второй тип Sy. II Они менее яркие в ультрафиоле оптике. Но такие же яркие в инф красном диапазоне, как и Sy. I. В спектрах этого типа галактик эмиссионные линии намного уже, что говорит о меньших скоростях движения газа.
Галактики Сейферта Галактики Типа Sy II Галерея сейфертовских галактик разного типа. Различие в типах определяется интенсивностью эмиссионных линий. Эти изображения получены наземными телесопами ( в видимом свете).
ядро Радио (MERLIN) Оптическое изображение (HST) Непрозрачный тор (VLBA) Это комбинированные изображения галактики Sy II, полученные телескопами разного разрешения. Видно, что активное ядро галактики содержит диск и джеты
Model for Seyfert Galaxies Gas clouds Emission lines UV, X-rays Accretion disk Dense dust torus Supermassive black hole
Радиогалактики – это тип активных галактик. 1. В оптическом диапазоне это обычные эллиптические галактики. 2. В радиодиапазоне наблюдаются различные структуры: компактные ядра, выбросы (джеты) из центрального ядра, гало, радиополости. 3. Эти структуры(кроме ядра) простираются за пределы оптического изображения галактики. 4. Эти выбросы (джеты) излучают в радиодиапазоне с мощностью в 0. 1 -10 мощности излучения нашей Галактики во всем спектральном диапазоне. 5. Источником излучения радиогалактик является. синхротронное излучение.
Blazars Highest luminosities of all active galaxies Variable on very short time scales (a few hours) Sources of very strong X-ray and gamma-ray emission Light curves of the BL Lac object 3 C 66 A
Cosmic Jets and Radio Lobes Many active galaxies show powerful radio jets Hot spots: Radio image of Cygnus A Material in the jets moves with almost the speed of light (“Relativistic jets”). Energy in the jets is released in interaction with surrounding materi
Other Types of AGN and AGN Unification Quasar or BL Lac object (properties very similar to quasars, but no emission lines) Emission from the jet pointing towards us is enhanced (“Doppler boosting”) compared to the jet moving in the other direction (“counter jet”). in v er bs O g n io ct re di
M 87 – это радиогалактика. Центр галактики излучает тепловую энергию. Но самая центральная часть, в которой Джет, V=30 000 км / сек Протяженное гало Яркое ядро Схематическое представление галактики
Спектр синхротронного излучения Синхротронное излучение Джет релятивистскихэ лектроноа Черная силовые линии дыра Диск Джет релятивистских дыра электроноа Интенсивность Магнитные Релятивистские электроны (т. е. электроны, движущиеся с почти световыми скоростям) производят излучение, когда они спектр Синхротронный ускоряются при движении вокруг магнитных Тепловой спек силовых линий. Частота
Типичные свойства радиогалактик 1. Карты радиоизлучения показывают, что излучение радиогалактики может исходить - или из ядра и окружающего гало (это 1 тип радиогалактик «гало- ядро» ), - или из обширной области, по размерам превышающей видимый размер галактики. Часто эти зоны расположены по обеим сторонам галактики. Это 2 тип галактик (тип “lobe”). 3. Излучение носит синхротронный характер от релятивистских электронов в магнитных полях. 4. Излучающие джеты простираются до радиоизлучающих областей. 5. Энергия излучения джетов велика – до 1012 L 6. Вероятней всего, источником энергия в радиодиапазоне и излучения джетов является супермассивная черная дыра массой от 106 до 107 М . 7. Некоторые радиогалактики показывают явления взаимодействия с межгалактическим газом.
Типичный вид радиогалактики типа «ядро-гало» Тонкие линии около оптического изображения галактики это области радиоизлучения одинаковой интенсивности.
Типичный вид радиогалактики lobe В середине 1950 годов было установлено, что мощные точники ассоциируются с гигантским эллиптическими г Это было удивительным по двум причинам: - в таких галактиках нет пыли и газа, которые были б ственны за радиоизлучение, - звезды не излучают в р горячее зоне, поэтому они не мо пятно ответственны за радиоиз полость В большинстве случаев полость чение исходит не из само ки, а из областей, разне горячее ядро Cygnus A разные стороны от галак пятно пример радиогалактики в Лебедь – Cygnus A). Геометрия джетов радиополостей говорит о том, что эти полости образуются джетами, исходящими из ядра. Джеты эти имеют следующие характеристики: протяженность= 50 000 парсек, скорость движения- близка к скорости света, светимость джетов= порядка 4 светимостей нашей Галактики, т. е. , около 1044 эрг / сек.
Радиогалактика Cyg A рентгеновском диапазоне спектра Снимок в рентгене получен космическим телесокопом «Чандра» ( «Chandra» ). Для сравнения в углу дано радиоизображение. В середине каждого снимка находится центр галактики, свечение которого простирается по обе стороны от ядра вдоль одной и той же оси. На снимке видны «горячие пятна» , которые есть результат столкновения горячего и холодного газов.
Радиогалактика Эллиптическая 3 C 296 галактика На этом снимке совмещены два изображения галактики: видимое изображение показано голубым цветом и радиоизлучение – красным. Потоки плазмы, вы. Выбросы (джеты) брошенные центральной черной дырой в массивной эллиптической галактике имеют длину в млн световых лет. Выйдя за пределы галактики выбросы расширяются, образуя громадные пузыри, которые светятся миллионы лет.
Радиогалактика 3 C 368 Это также совмещенное изображение радиогалактики: белый и красный цвет это видимое изображение, а голубые линии это радиоизображение.
Радиогалактика М 82 Изображение галактики М 82. По этому виду это обычная эллиптическая, окруженная большим количеством шаровых скоплений, видимых как слабые светлые точки. Это изображение самой центральной части галактики. Снимок получен космическим телескопом Хаббла. Виден в центре диск, из которого извергается джет.
Единая модель активных галактик (1) Газовые облака производят эмиссионные линии Джет производит Модель радиоизлучение такова: 1. В центре активных Производит рентген галактик находится супермассивная черная дыра. 2. Черная дыра окружена светящимся Черная дыра Аккреционный аккреционным диск дает Тор поглощает оптическое диском. Джет излучение 3. За диском распололожен При такой модели разнообразие типов активных галактик непрозрачный объясняется только разной ориентацией относительно тор. наблюдателя (см. следующий слайд). 4. Магнитные поля создают выбросы
Единая модель активных галактик (2) Супермассивная черная дыра Удаляющийся джет Джет, двигающийся в сторону к наблюдателю Наблюдетель видит блазар Наблюдатель видит квазар Аккреционный диск Наблюдатель видит радиогалактику
Проверка гипотезы о наличии черной дыры - Черная дыра может проявить себя только благодаря окружающему веществу. - В ядрах сейфертовских галактик имеется быстрая переменность, что свидетельствует о их малом размере. - Хорошим примером является эллиптическая галактика М 87: - она имеет яркое ядро и джет длиной в 1800 пс, - радионаблюдения показывают, что размер ядра не более 1 световой недели, - спектроскопия ядра показывает, что ядро находится в центре вращающегося диска, на расстоянии всего 60 с. л. скорость вращения 750 км/сек (!), - эта скорость с использованием 3 закона Кеплера дает значение массы ядра в 2. 4 млрд. масс Солнца, - только черная дыра может иметь такую массу.
Superluminal Motion Individual radio knots in quasar jets: Sometimes apparently moving faster than speed of light! Light-travel time effect: Material in the jet is almost catching up with the light it emits
Скачать презентацию квазары блазары сейфертовские галактики радиогалактики Активные галактики
Т40_Актив.галак.PPT