ОБЪЕКТЫ С АКТИВНЫМИ ЯДРАМИ

ОБЪЕКТЫ С АКТИВНЫМИ ЯДРАМИ

- внегалактич. объекты, характеризующиеся, по крайней мере, одним из следующихпризнаков активности ядер: высокой мощностью излучения (10⁴²- 10⁴⁸ эрг/с), наличием эмиссионных линий, значительным рентг.,ИК- или радиоизлучением, поляризацией излучения, переменностью и выбросамивещества из ядра. Все эти признаки отличают нестационарные О. с а. я. отстационарных нормальных галактик. К классу О. с а. я. относятся квазары, <сейфертовские галактики, лацертиды и радиогалактики с узкимиспектральными линиями.
Квазары и ядра сейфертовских галактиктипа 1 (Syl) характеризуются наличием в спектрах широких (соответствующихскоростям до 15000 км/с) разрешённых эмиссионных линий (водород, гелийи др.) и узких запрещённых, прежде всего линий кислорода [OIII] (49595007),а также линий др. элементов, большой амплитудой переменности и сильнымрентг. излучением, иногда и -излучением. <Мн. квазары являются сильными радиоисточниками, но прямой корреляции междурадио- и оптич. активностью нет. Ядра сейфертовских галактик типа 2 (Sy2)имеют малую амплитуду переменности, в ср. на порядок меньшую мощность рентг. <излучения, но характеризуются значительными ИК-избытками излучения (см. Астрофотометрия). Разрешённые и запрещённые линии одинаково узкие (от сотен до 1000 км/с).ИК-избытки обусловлены переизлучением пыли с темп-рой неск. сотен Кельвинов. <Лацертиды, названные так по прототипу BL Lacertae (BL Ящерицы), отличаютсяпрежде всего почти полным отсутствием в спектрах сильных эмиссионных линий, <что затрудняет определение расстояний до них (невозможно измерить красноесмещение). Тем нe менее установлено, что лацертиды - внегалактич. источники:для одних объектов измерено красное смещение по очень слабым линиям в спектре, <для других - красное смещение определено косвенным образом - по характеристикамокружающей туманности. Лацертиды, как и квазары, имеют на снимках звездообразныйвид, однако у нек-рых объектов (так же, как и у нек-рых квазаров) обнаруженыокружающие ("родительские") галактики, что, собственно, и даёт основаниясчитать квазары и лацертиды активными ядрами галактик. Амплитудапеременности лацертид составляет 3^m - 4^m,оптич. поток сильно (у нек-рых объектов до 30 - 40%) поляризован. Все лацертидыдовольно мощные и переменные радиоисточники. Активность радиогалактик, <относящихся к О. с а. я., проявляется в осн. в радиодиапазоне. В оптич. <диапазоне они характеризуются узкими (100 - 300 км/с) эмиссионными линиями.
Предполагается, что перечисленные объектыпредставляют собой один тип объектов. Различия обусловлены наличием илиотсутствием пыли, разными углами зрения (наклонами плоскости галактикик лучу зрения), циклами активности и полными светимостями.
Активность О. с а. я. зависит от природыих центр. источников. Оптич. эмиссионные спектры, к-рые ещё в нач. 1970-хгг. доминировали в построении моделей, есть явление вторичное. Эмиссионныелинии возникают довольно далеко от центра (10¹⁷ - 10¹⁹ см), поэтому осн. информацию о центр. источниках О. с а. я. даёт исследованиепеременности их излучения в широком диапазоне эл.-магн. спектра. Естественно, <что для большинства О. с а. я. исследована оптич. переменность. Наиб. подробныенаблюдения переменности проведены для ядра сейфертовской галактики NGC4151. Этот объект считается классич. прототипом О. с а. я.
Многолетние наблюдения переменности ядраNGG 4151 дают след. картину. Макс. амплитуда изменений непрерывного спектра(континуума) - в рентг. диапазоне (~2^m в диапазоне 2- 10 кэВ), минимальная - в ИК-диапазоне (меньше 0,5^m в диапазоне 1,6 - 2,2 мкм). Характерное время переменности минимально (12ч) в рентг. диапазоне (2 - 10 кэВ), 15 сут в оптич. диапазоне и не менее2 мес в ИК-диапазоне. Это естественно связать с эфф. размерами соответствующейобласти излучения - минимальными (12 световых ч) в рентг. диапазоне. СпектрNGC 4151 (рис. 1) имеет плоскую часть в интервале 4 порядков по частоте, <что соответствует светимости 7-Ю ⁴⁴ эрг/с в диапазоне 10 кэВ- 3 МэВ. Оптич. светимость 4 * 10⁴² эрг/с. Полная светимостьядра NGC 4151 превышает 10⁴⁵ эрг/с, причём макс, энергия выделяетсяв коротковолновом диапазоне. Такая светимость соответствует 10¹¹- 10¹²(= 3,8*10³⁸ эрг/с - светимость Солнца), выделяется она в объёме с размерами Солнечнойсистемы (~ 10 световых часов).
Исследования спектральной переменностиО. с а. я. привели к обнаружению быстрой (характерное время 2 - 3 нед)переменности водородных линий линии углерода CIV (1550 )и некоторых других.. При этом переменность потока в эмиссионных линияхкоррелирует с переменностью УФ-континуума с запаздыванием на 2 - 4 нед. <Время запаздывания больше для линий низкой ионизации ();напр., для NGC 4151 время запаздывания переменности CIV составляет 13 сут, а - 20 - 25 сут. Быстрая переменность интенсивности линий свидетельствуетпрежде всего о высокой концентрации газа п в области (оболочке),излучающей разрешённые линии (скорость рекомбинации ~1/ п), п~ 10¹⁰ - 10¹¹ см ^-3. Поскольку при такойплотности оболочки наблюдается мягкое рентг. излучение (0,05 - 0,5 кэВ),к-рое в этих условиях должно сильно поглощаться, она не может быть сплошной, <а состоит, по-видимому, из отд. плотных облаков с большой скважностью (~10^-3).Облака ионизуются коротковолновым излучением центр. источника, а затемвысвечиваются в разрешённых линиях. Интенсивность запрещённых линий постояннав течение не менее 10 лет. Запрещённые линии образуются на очень далёкихрасстояниях - до неск. парсек. Экстремальным случаем быстрой переменностиэмиссионных линий следует считать переход из одного сейфертовского типав другой, к-рый наблюдался в неск. объектах, напр. в NGC 4151 (переходSyl в Sy2), в NGC 1566 (Sy2 в Syl). Исчезновение или появление широкогокомпонента разрешённых линий происходит за неск. месяцев, при этом усиливаетсяили ослабляется континуум, т. е. переход из одного сейфертовского типав другой также есть результат фотоионизации оболочки перем. излучениемцентр. источника.

В нек-рых О. с а. я. в радиодиапазоне наблюдаютсяузкие струи выброшенного вещества (джеты). В NGC 4151 обнаружены узкиепеременные эмиссионные линии, к-рые хорошо видны в минимуме блеска околорезонансной линии CIV. Эти линии не могут возбуждаться фо-тонопизациейи, по-видимому, возникают в струях, скорость движения вещества в к-рыхок. 0,1 с. На частоте 15 ГГц в NGC 4151 видны структуры на расстоянияхв десятки и сотни парсек, к-рые интерпретируются как джеты S -образнойформы. Аналогичные джеты, часто односторонние, наблюдаются и в др. О. са. я. Возможный период прецессии джетов 10⁴ - 10⁶ лет.
К перечисленным данным наблюдений следуетдобавить отсутствие строгих пернодичностей переменности блеска О. с а. <я., значит, долю тепловой составляющей. в перем. оптич. излучении (в радиодиапазоне- синх-ротронное излучение релятивистских электронов в магн. поле), зависимостьамплитуды медленной составляющей переменности от наклона галактики и нек-рыедр. В целом совокупность данных наблюдений, в т. ч. по переменности континуумав разных диапазонах, позволяет сделать вывод, что наиб. приемлемой модельюО. с а. я. является модель дисковой аккреции на сверхмассивную чёрнуюдыру. Известно, что наиб, эфф. механизм выделения энергии (кроме аннигиляции)- аккреция вещества в гравитац. поле чёрной дыры. При этом может выделятьсядо 43% полной ( тс²) энергии вещества. Следующий по эффективностимеханизм - термоядерные реакции - даёт энерговыделение на порядок меньше. <Модель дисковой аккреции и качественно и количественно объясняет большинствонаблюдаемых феноменов О. с а. я., хотя и нуждается в дальнейшей разработкеи детализации (напр., тот факт, что осн. доля энергии О. с а. я. выделяетсяв жёстком диапазоне 1 КэВ - 100 МэВ, трудно объяснить в рамках стандартноймодели дисковой аккреции, как, впрочем, и в рамках др. моделей). Предлагавшиесяранее модели компактного звёздного скопления или замагниченного наклонногоротатора (магнитоида) оказались несостоятельными, в частности как по распределениюэнергии, так и по характеру переменности в разных диапазонах. Модель дисковойаккреции требует наличия вещества, к-рое образует аккреционный диск и даётнаблюдаемое энерговыделение. Одним из эфф. механизмов поставки веществав диск является приливное разрушение звёзд в гравитац. поле сверхмассивнойчёрной дыры (достаточно ~1в год;- масса Солнца). Такой механизм возможен при повыш. плотности звёзд в О. <с а. я. Это условие не противоречит наблюдениям: для О. с а. я. характернаповышенная по сравнению с нормальными галактиками концентрация поверхностнойяркости (а следовательно, и массы, т. к. поверхностная яркость галактикопределяется в основном звёздами). С повыш. концепт-рацией яркости связани вопрос эволюции О. с а. я. Существуют две гипотезы: явление О. с а. я. <есть фаза в эволюции любой спиральной или эллиптич. галактики; активныеядра образуются только в галактиках, имеющих повыш. концентрацию массы. <Второй случай соответствует длинной (~10¹⁰ лет) шкале жизниО. с а. я. По-видимому, наблюдения больше поддерживают вторую гипотезу.
Наиб. вероятной представляется след. упрощённаясхема О. с а. я. (рис. 2): сверхмассивная (~10⁸ )чёрная дыра с гравитац. радиусом ~3 х 10¹³ см, на к-рую аккрецируетвещество 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) - областьизлучения запрещённых линий. Перпендикулярно плоскости диска расположеныоптич. 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 релятивистскихколлимированных струй ещё не решена окончательно. Возможно, перспективнойявляется модель -пушки, <в к-рой чёрная дыра имеет определённые вращат. момент и магн. поле. Придисковой аккреции замагниченной плазмы формируется сильное электрич. поле, <к-рое ускоряет заряж. частицы перпендикулярно плоскости диска до релятивистскихскоростей, что в конечном итоге приводит к мощному потоку -излучения. <При этом плазма в жерле внутр. части аккреционного диска прозрачна дляквантов с характерной энергией ~ 100 МэВ. Коллимированные (узконаправленные)джеты могут быть связаны с узкой направленностью пучка -квантов. <При массе ~10⁹ и поле ~ 10⁴ Гс полный поток энергии направленного -излученияи релятивистских электронов достигает 10⁴⁶ эрг/с.

Лит.: Лютый В. М., Фотометрическиенаблюдения ядер активных галактик, в кн.: Астрофизика и космическая физика, <М., 1982; Лютый В. М., Черепащук А. М., Активность ядер галактик и явлениеSS 433, "Астрон. ж.", 1986, т. 63, с. 897, La wrence A., Classificationof active galaxies and the prospect of a unified phenomenology, "PublsAstron. Soc. Pacif.", 1987, v. 99, p. 309.

В. М. Лютый.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.