"Галактическая сага". Часть 13. "У Большого и Малого Магеллановых Облаков вообще нет ядер..."

Часть 12. http://artefact-2007.blogspot.ru/2016/11/m-33.html

    Ядра галактик

    «Ядра галактик - компактные массивные сгущения вещества в центральной области многих галактик (у некоторых галактик ядер нет, например, их нет у Большого и Малого Магеллановых Облаков - спутников нашей Галактики). На фотографиях ряда достаточно ярких и массивных галактик видны крупные эллипсоидальной формы центр. сгущения, получившие название «балдж» (от англ. bulge - выпуклость). Ядра галактик располагаются внутри балджа и на его фоне выделяются как более яркое образование. В балджах и ядрах галактик обнаружены звёзды, газ и пыль. Звёзды расположены с высокой пространственной плотностью, свойственной очень массивным компактным скоплениям. Внутри собственно ядер иногда видны звездообразные ядрышки - керны (часто именно их называют ядрами галактик). Размеры кернов составляют несколько парсек, массы - 107 - 108 Mсолн (масс Солнца), то есть в них заключено не более 1/10 000 массы типичной спиральной галактики. Несмотря на малые по сравнению с галактикой размеры и массу, в некоторых ядрах галактик протекают грандиозные по энерговыделению процессы. Характерный пример: к галактикам с активными ядрами относится не более 1% от общего числа галактик, но мощность излучения активных ядер галактик такова, что в инфракрасном диапазоне (на волне 50 мкм) их излучение сравнимо с мощностью излучения всех остальных галактик, вместе взятых». («Физический энциклопедический словарь». - М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983). 

Галактики с активными ядрами (в кружке). Изображения сделаны 2,1-метровым телескопом Национальной обсерватории в Китт-Пик. Фото NASA/Swift/NOAO/Michael Koss and Richard Mushotzky (Univ. of Maryland)

    «Ядра галактик - компактные массивные сгущения вещества в центральной области многих галактик. 

Структура галактики

    Они включают в себя всё вещество, сконцентрированное во внутренних областях галактик,- звёзды, газ, пыль, магн. поля, космические лучи и так далее. По светимости, размерам, массе, морфологии и звёздному составу ядра галактик столь же разнообразны, как и сами галактики. В некоторых ядрах галактик наблюдаются бурные нестационарные процессы: вспышки звездообразования, выбросы, истечение вещества, быстрая переменность блеска, нетепловое излучение. В тех случаях, когда ядро представляет собой относительно "спокойный" объект, наблюдаемый как звёздное скопление достаточно правильной формы (например, эллипсоид), его называют нормальным (обычным). Если же ядро имеет необычную структуру, цвет, аномально высокую светимость или другие особенности, то его называют пекулярным (особым). Из пекулярных ядер галактик наибольший интерес представляют активные ядра галактик, светимость которых может на несколько порядков превосходить светимость окружающей галактики (см. "Объекты с активными ядрами"). У некоторых галактик, например, у Большого и Малого Магеллановых Облаков, вообще нет ядер. Отсутствие ядер, по-видимому, типично для так называемых неправильных галактик с относительно небольшой массой, у которых нет заметной концентрации вещества к центру...

Наша Галактика

    Происхождение ядер галактик

    Существует ряд гипотез происхождения ядер галактик В ранних гипотезах предполагалось, что ядра галактик являются центрами формирования галактик. В последнее время преобладает противоположная точка зрения - галактика формируется из единого газов. облака, фрагментирующего на звёзды. Звездообразование, по-видимому, происходило постепенно. Часть газа сразу превратилась в звёзды, оставшийся газ постепенно охлаждался и сжимался, образовывая всё более плотные подсистемы. К этому первичному газу присоединялся газ, сбрасываемый вновь образовавшимися массивными звёздами, которые успели проэволюционировать (см. "Эволюция звёзд" ).В этой схеме легко объясняется тот факт, что содержание тяжёлых элементов растёт от периферии к центру Галактики. Однако трудности, связанные с потерей углового момента, остаются и в этой схеме (если только не предполагать, что часть вещества ~ 1 % в первоначальном облаке имела предельно малый момент). Скорее всего, схема образования ядер галактик более сложна, и эта задача требует дальнейшего решения». («Ядра галактик»).  

    Магеллановы Облака

    «Они служат примером так называемых неправильных галактик, обозначаемых буквами «Ir» (от англ. irregular - «неправильный»).
    Для таких звездных систем характерны неправильная, «размытая» клочковатая структура и отсутствие четко выраженного центрального ядра. Например, Малое Магелланово Облако можно принять за небольшой участок Млечного Пути. Неправильные галактики, не обнаруживая интересных закономерностей в своем строении, имеют, как правило, небольшие массу и размер. В таких звездных системах содержится много газа - до 50% общей массы. К этому классу принадлежат приблизительно 5% всех галактик обозреваемой Вселенной. 
    Ядра галактик. Большинство галактик в самом центре имеет сгущения — ядра. По своему размеру они сравнительно невелики - в сотни, а иногда и в тысячи раз меньше размеров галактик. Ядра отчетливо видны в большинстве спиральных галактик, немного хуже - в линзовидных, а в эллиптических галактиках их в основном обнаруживают по радио- и инфракрасному излучению.
    Внутри ядер некоторых галактик находятся еще более компактные «ядрышки» - так называемые керны. Например, у галактики Туманность Андромеды есть ядро с диаметром около 100 парсеков (300 световых лет), а внутри него - керн с диаметром 14 парсеков и массой, в 13 млн раз превышающей солнечную. При этом керн вращается намного быстрее, чем прилегающие к нему части галактики. Плотность расположения звезд в керне в 20 тыс. раз больше, чем в окрестностях Солнца.
    Если около какой-нибудь звезды в керне Туманности Андромеды существует планета, то на ней не бывает темной ночи. На небосклоне непрерывно будут сиять сотни тысяч звезд, в том числе несколько десятков из них ярче полной Луны. Даже после захода «местного» Солнца от света звезд будет почти также светло, как днем.
    Ученым известны галактики, вообще не имеющие ядер, - это, например, Большое и Малое Магеллановы Облака. В иных же галактиках ядра ведут себя не так спокойно, как в Туманности Андромеды. Ядро нашей Галактики скрыто от землян мощным слоем межзвездной пыли, и поэтому его совсем не видно и трудно изучать. Исследования в радиодиапазоне показали, что в нем происходят некие процессы, приводящие к выбросу газа в двух противоположных направлениях со скоростью до 150 км/с. В ядрах же некоторых галактик происходят исключительно бурные процессы, которые сопровождаются выделением огромной энергии». («Магеллановы Облака»).  

NGC 602 и то, что за ним. "На краю Малого Магелланова Облака живет молодое звездное скопление NGC 602 возрастом пять миллионов лет. Само Малое Магелланово Облако является спутником нашей Галактики и расположено на расстоянии 200 тысяч световых лет от нас. На сегодняшней захватывающей глаз картинке, сделанной космическим телескопом им. Хаббла, Вы видите NGC 602, погруженное в газ и пыль, из которого родилось. Потрясающий рельеф и подобные горам структуры обусловлены тем, что мощное излучение и ударные волны, исходящие от массивных молодых звезд скопления, разрушают пылевое вещество и инициируют волну звездообразования, движущуюся от центра скопления. Если учитывать расстояние до Малого Магелланова Облака, то картинка покрывает область размером 200 световых лет. На заднем же фоне Вы также можете разглядеть широчайший набор далеких галактик, расположенных в сотнях миллионов световых лет за NGC 602". (Астрономическая картинка дня 3 апреля 2010 года. Credit: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA) - ESA/Hubble Collaboration)

    Загадки Магеллановых Облаков

    «Франческо Антонио Пигафетта, 28-летний уроженец города Винченцы, знаток математики и морского дела, в 1519 г. решил принять участие в первом кругосветном путешествии. Вместе с Магелланом он отправился в южное полушарие Земли, через узкий пролив на юге американского континента проник в Тихий океан и, переплыв его, участвовал в битве с аборигенами Филиппинских островов. В этой битве, как известно, Магеллан погиб, а тяжело раненный Пигафетта осенью 1522 г. вернулся в Севилью и подробно описал все, что видел во время своего длительного путешествия. Ему особенно запомнились стоящие высоко в небе странные светящиеся облака, напоминающие обрывки Млечного Пути. Они неуклонно сопровождали экспедицию Магеллана и совсем не походили на обычную облачность. В честь великого путешественника Пигафетта назвал их Магеллановыми Облаками. Так впервые европеец увидел ближайшие к нам галактики, совершенно, впрочем, не отдавая себе отчет, что это такое.
    В 1899 г. на русском языке была опубликована знаменитая книга Камилла Фламмариона «Звездное небо и его чудеса». Про Магеллановы Облака он писал: «Магеллановы Облака представляют две громадные туманности, видимые простым глазом и напоминающие своим видом Млечный Путь. Большое Облако почти в двести раз больше видимой поверхности лунного диска. Малое Облако занимает почти десять квадратных градусов. То и другое представляет собой неистощимые сокровища, истинные звездные россыпи для наблюдателей южного полушария».
    В конце позапрошлого века наши знания о Магеллановых Облаках были очень скудны, и даже Фламмарион при его весьма богатом воображении не мог представить себе, какие диковины откроет в этих звездных облаках современная астрономия.
    Магеллановы Облака сравнительно близки к нам. Большое отстоит от центра нашей Галактики на расстояние 182 тысячи световых лет, Малое чуть ближе (165000 световых лет). Поперечник Большого Облака около 33000 световых лет, Малого Облака - примерно втрое меньше. В сущности, это громадные звездные системы, из которых большая объединяет б миллиардов звезд, меньшая - около полумиллиарда. В Магеллановых Облаках видны двойные и переменные звезды, звездные скопления и туманности разных типов. Примечательно, что в Большом Облаке очень много голубых сверхгигантских звезд, каждая из которых по светимости в десятки тысяч раз ярче Солнца.
    Оба облака принадлежат к типу неправильных галактик, но в Большом Облаке наблюдатели еще давно заметили четкие следы перемычки или бара. Не исключено, что оба облака когда-то были спиральными галактиками, как и наша звездная система. Ныне они погружены в разреженную газовую вуаль, которая тянется в сторону Галактики, и таким образом оба облака и наша звездная спираль представляют собой тройную галактику.

    Большое Магелланово Облако

Наш сосед Большое Магелланово Облако. "Самая яркая галактика, которую можно наблюдать, находясь в нашей Галактике - Большое Магелланово Облако (БМО). Его можно наблюдать, находясь в южном полушарии Земли. БМО вторая по близости к нам галактика, а также сосед Малого Магелланова Облака. Кроме того, БМО входит в группу одиннадцати известных карликовых галактик-спутников нашей Галактики. БМО представляет собой неправильную галактику, состоящую из перемычки старых красных звезд, облаков более молодых голубых звезд, светящихся красных областей звездообразования. Одна из таких областей звездообразования, известная под именем туманность Тарантул видна вверху сегодняшней картинки. Именно в БМО взорвалась самая яркая сверхновая последних времен - SN1987A". (Астрономическая картинка дня 22 февраля 2000 года. Credit: AURA/ NOAO/ NSF)

    В Большом Магеллановом Облаке давно известна звезда S из созвездия Золотая Рыба. Это белая горячая гигантская звезда необычайной яркости. Она испускает свет, в миллион раз интенсивнее Солнца. Если бы S Золотой Рыбы поместить на месте Альфы Центавра, она светила бы ночью впятеро ярче полной Луны. Светляк и мощнейший прожектор - таково примерно соотношение в яркости между Солнцем и S Золотой Рыбы. Если бы эту удивительную звезду удалось поместить на место Солнца, она заняла бы пространство почти до орбиты Марса, и Земля очутилась бы внутри звезды!
    Но этим звездным исполином не ограничиваются чудеса Магеллановых Облаков. В том же созвездии Золотой Рыбы, г де видно Большое Магелланово Облако, блестит «странная туманность, представляющаяся в каком-то разбросанном и растерзанном виде», - как писал когда-то Фламмарион. Вероятно, из-за этого облика газовая туманность названа Тарантулом. Она достигает в поперечнике 660 световых лет, и из вещества Тарантула можно было бы изготовить 5 миллионов Солнц. Ничего похожего в нашей Галактике нет, и самая большая в ней газопылевая туманность во много раз меньше Тарантула. Если бы Тарантул оказался на месте известной туманности Ориона, то он занял бы все созвездие и свет от него был бы так ярок, что по ночам земные предметы отбрасывали бы тень!
    Несколько лет назад внимание астрономов привлек странный звездообразный объект в центре Тарантула. Одно время думали, что это очень плотное шаровое звездное скопление. Но потом по ряду причин пришлось признать, что перед нами сверхзвезда, излучающая свет, в 100 миллионов раз сильнее Солнца. По поперечнику она в 90 раз превосходит наше дневное светило, а вещества в ней хватило бы на изготовление 3200 Солнц.
    Сверхзвезда R 136а (таково её обозначение) задала сложную загадку астрономам. До сих пор считал ось, что самые массивные звезды не могут по массе превосходить Солнце более, чем в 100 раз. В противном случае равновесие между гравитацией, газовым и световым давлением в звезде нарушается и световое давление буквально сдувает со звезды избыток её массы. Так говорит современная теория внутреннего строения звезд. Но факты, как видите, свидетельствуют 06 ином, и по справедливому замечанию одного крупного современного физика Д. Эллиса «смелость наших гипотез не должна заслонять от нас скромность наших достижений в познании Мира».
    В пользу звездной природы R 136а говорит тот факт, что этот объект порождает сильнейший «звездный ветер», намного превосходящий тот поток протонов и других частиц, который непрерывно извергается Солнцем. Объект R 136а каждые 3000 лет выбрасывает «на ветер» одну солнечную массу в виде газа, непрерывно извергающегося из объекта со скоростью 3500 км/с. Скорость этого «звездного ветра» в 10 раз, а плотность - в миллиарды раз превосходит «солнечный ветер». Такой «ветер» оказал бы самое губительное действие на обитателей планет, если бы они были в окрестностях R 136а.
    Магеллановы Облака таят в себе еще множество загадок, в них открыто много источников рентгеновского излучения. Некоторые из них скорее всего связаны с пульсарами - нейтронными звездами - остатками когда-то вспыхнувших сверхновых звезд. 5 марта 1979 г. в Большом Магеллановом Облаке несколько спутников зафиксировали необычную рентгеновскую вспышку. За сотые доли секунды она достигла максимума, а спустя минуту вовсе исчезла. В течение этой минуты наблюдались четкие пульсации излучения с периодом 8 секунд. Если это пульсар, тогда получается, что за 0,2 секунды он выделил энергию в 3·10^36 джоулей, то есть в десятки тысяч раз большую, чем известные до сих пор вспыхивающие источники рентгеновского излучения. Природа этой сверхмощной вспышки остается невыясненной». («Загадки Магеллановых Облаков - Популярная астрономия»). 

    Приложение

    Открытие магнитаров

    «Источники мягких повторяющихся гамма-всплесков, как это ни странно, излучают мягкие повторяющиеся гамма-всплески. Обнаружены (точнее, выделены как отдельный класс объектов, связанных с нейтронными звездами) они были в 1979 году. На мой взгляд, это по крайней мере одно из самых красивых открытий, которое было сделано советской и российской астрофизикой. А может быть, не только самое красивое, но и самое важное. И уж совершенно точно, это самое красивое открытие, которое было сделано советской или российской астрофизикой с помощью установок, стоящих на спутниках.
    5 марта 1979 года вспыхнул гамма-источник. Вспыхнул он в направлении Большого Магелланова облака – близкой к нам карликовой галактики. Как оказалось, источник действительно в ней и находится (детальный анализ потребовал некоторого времени, но в итоге советско-французская группа исследователей однозначно показала, что источник находится в остатке сверхновой в Магеллановом облаке). После основного пика излучения приборы «Конус», установленные на аппаратах Венера и созданные научной группой Евгения Мазеца из ФТИ им. Иоффе, зарегистрировали пульсирующий хвост. Было обнаружено, что источник обладает строгим периодом в несколько секунд. В принципе, это сразу указывает на нейтронную звезду – не так уж много в природе объектов, которые могут очень надежно выдерживать период несколько секунд. Действительно, сейчас мы знаем, что это одиночная нейтронная звезда, которая выдает столь мощные гамма-вспышки. А вспышка-то и в самом деле была на загляденее! Приборы просто ослепли и не смогли зарегистрировать максимум блеска – так ярко сияло. На одну десятую долю секунды магнитар стал ярче не слишком крупной галактики, и все это излучение приходилось на жесткий рентгеновский и мягкий гамма-диапазон.
    С тех пор еще у двух магнитаров наблюдали мощные вспышки с длинным хвостом пульсирующего излучения. Первое событие произошло в августе 1998 года. Оно было очень похоже на событие 5 марта. А вот следующая вспышка всех поразила.
    27 декабря 2004 года почти все космические рентгеновские и гамма-телескопы, смотревшие в сторону Солнца, «ослепли». В созвездии Стрельца произошла вспышка магнитара SGR 1806–20. Она получила наименование гипервспышки. Будучи похожей по форме на гигантские вспышки 1979 и 1998 годов, она была в сто раз мощнее. Квантов было настолько много, что детекторы не могли с ними справиться. Лишь один сумел увидеть «голову Медузы Горгоны».
    Это снова был прибор эксперимента «Конус». У группы Евгения Мазеца из ФТИ им. Иоффе в это время на орбите было два прибора: один на американском спутнике «Винд» и второй на российском «Коронасе». Один взглянул на всплеск и «ослеп». А второй был в тени Земли. Соответственно, он не мог видеть вспышку. Но данные обработали, и увидели слабенький сигнал, пришедший через несколько секунд после того, как произошла гипервспышка. Подумав и посчитав, ученые поняли, что им удалось увидеть всплеск, отраженный от Луны! Единственный способ не ослепнуть, глядя на Медузу, – это смотреть на ее отражение!
    Разумеется, столь мощные всплески должны быть видны с межгалактических расстояний. Но здесь есть две проблемы. Во-первых, источник невозможно разглядеть издалека после вспышки. Во-вторых, основной пик вспышки магнитара похож на короткий гамма-всплеск, поэтому их легко перепутать. В-третьих, чаще всего для одиночных коротких вспышек недостаточно точно измеряются координаты. Тем не менее есть несколько хороших кандидатов в гигантские и гипервспышки внегалактических магнитаров. И опять один из самых интересных был открыт астрофизиками из ФТИ им. Иоффе. Дмитрий Фредерикс и его коллеги увидели вспышку в направлении Туманности Андромеды. Точных доказательств, что это был именно магнитар, – нет, но уж очень похоже! Исследования, проведенные нами с Борисом Штерном, показывают, что возможно среди коротких гамма-всплесков затесалось несколько внегалактических вспышек магнитаров (о такой возможности еще в 1980-е писал Мазец с соавторами). Но и в данном случае указать, какой из гамма-всплесков точно связан с далеким магнитаром, не получается, так как после вспышки мы их не видим.

Кривая блеска вспышки 5 марта 1979 года по данным эксперимента «Конус». Виден резкий максимум блеска, во время которого прибор «ослеп», и пульсирующий «хвост». Пульсации связаны с вращением нейтронной звезды. (Рисунок предоставлен сотрудниками Лаборатории экспериментальной астрофизики ФТИ им. Иоффе)

    От всех магнитаров, в том числе и от трех, дававших очень мощные вспышки, были открыты новые всплески, т. е. стало ясно, что это не катастрофическое явление. Если во время гигантской вспышки магнитар на долю секунды может стать ярче галактики, то во время слабых вспышек нейтронная звезда «всего лишь» в десятки миллионов раз ярче Солнца. Зато такие слабые всплески могут происходить очень часто. Некоторые магнитары, находясь в активной фазе, за месяц выдают около сотни вспышек. А ведь это всегда очень трудно – быстро выделить большую энергию в маленьком объеме, а еще труднее сделать это, не разрушив объект. В одном из интервью кто-то из наших актеров рассказывал, как во время съемок обсуждалось, что для выполнения трюков нужны каскадеры. Актеры стали уверять, что все сделают сами. Тогда одного из них спросили: «А вы можете прыгнуть с крыши пятиэтажного дома?» На что тот ответил: «Могу, но только один раз». Вот и многие взрывные явления таковы: их можно сделать – взрыв сверхновой, например, – но только один раз. Придумать модель объекта, который время от времени будет выделять энергии больше, чем целая галактика, довольно трудно.

    Оказалось, что такие «выносливые» объекты есть, и это – магнитары. Магнитар 1990-х годов – это нейтронная звезда, обладающая большим дипольным магнитным полем, что означает, что где-то в недрах компактного объекта текут очень сильные токи, которые поддерживают это поле. Например, они могут течь в коре нейтронной звезды, которая состоит из более или менее обычного вещества – без суперэкзотики. И, естественно, если где-то течет ток, он может выделять энергию постепенно, например, просто нагревая спираль в чайнике, а может выделять энергию быстро – из-за короткого замыкания. Так, если на нейтронной звезде устроить короткое замыкание, то произойдет очень мощная вспышка, и мы будем наблюдать источник мягких повторяющихся гамма-всплесков...» (Попов Сергей Александрович «Открытие магнитаров»). 

С. Попов «Суперобъекты: Звезды размером с город» 

    «Темы блога "Артефакт". "Галактическая сага"» .