Процессы звездообразования

Чт, 06/26/2014 - 17:56

Наблюдательное проявление активности галактического ядра зависит от направления, с которого мы на него смотрим. Над плоскостью аккреционного диска показаны радиояркие источники, под — радиотихие

Фотография центра нашей галактики. Фото в оптическом диапазоне снято телескопом «Хаббл», в рентгеновском — «Чандрой», а в инфракрасном — космическим аппаратом «Спитцер». Яркое светящееся пятно в центре фото — зона расположения черной дыры

Это фото получено в ближнем инфракрасном диапазоне камерой NACO и показывает переполненную звездами область размером 2 световых года в центре Млечного Пути, точное положение центра отмечено стрелками. В этой области звезды движутся по орбите вокруг сверхмассивной черной дыры

Околоядерное молекулярное кольцо в окрестностях сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики. Красным показано радиоизлучение в линии синильной кислоты, зеленым — радиоизлучение в континууме. В выносах показаны спектры отдельных областей, в которых заметна сильная мазерная линия метанола

Уже очень скоро сверхмассивную черную дыру в центре нашей Галактики украсит красочный венец из молодых и ярких звезд. Следы метилового спирта в огромном газовом кольце вокруг нее означают, что в нем уже формируются массивные звезды. Раньше астрономы думали, что черная дыра образованию звезд может помешать.

В центрах большинства галактик, особенно крупных, находятся сверхмассивные черные дыры, весящие миллионы и даже миллиарды солнечных масс — куда больше тех, что возникают в конце эволюции звезд. Судя по всему, эти объекты зародились еще в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва, породившего нашу Вселенную, и с тех пор лишь росли, постепенно нагуливая массу и освещая свои вселенские окрестности ярким светом активности галактического ядра.

Когда-то давно, когда небольшие предшественники нынешних звездных систем лишь появились на свет, постепенно собираясь во все более и более крупные структуры, обилие неизрасходованного газа и частые встречи одной протогалактики с другой заставляли черные дыры, точнее, их окружение, ярко светиться. Падая в захлебывающуюся от обилия материала черную дыру, вещество разогревалось до огромных температур и излучало свет всевозможных длин волн, а излишки этого вещества дыры даже изрыгивали в окружающее пространство в виде ярких, длинных и безумно быстрых струй — джетов.

Явления квазаров, радиогалактик и прочих проявлений активности галактического ядра были широко распространены и по-настоящему расцвечивали Вселенную, увидеть прошлое которой благодаря конечности скорости распространения света можно, глядя на самые далекие объекты. Однако к настоящему времени праздник закончился, и в наших окрестностях черные дыры, хотя и продолжают скрываться в центрах галактик, живут по большей части незаметной жизнью, лишь изредка вспыхивая ярким светом при встрече с крупным облаком газа или захвате и последующем разрушении той или иной звезды.

Не исключение и наша Галактика, Млечный Путь. В последнее десятилетие XX века стало понятно, что черная дыра есть и у нас. Радиоисточник, связанный с ней, называют Стрелец A*, или Sgr A* (Sagittarius, от латинского названия созвездия Стрелец). Масса в 30 с лишним миллионов масс Солнца может впечатлить неискушенного читателя, однако на специалистов по галактикам большого впечатления не произведет — им известны объекты с массами в сотни раз больше. К тому же Sgr A* — это типичная «скрытая» черная дыра, проявить себя которой не дает отсутствие вещества, которое она могла бы засосать и нагреть.

Тем не менее местоположение этого объекта — самое что ни на есть центральное. Если сравнить нашу Галактику поперечником 100 тысяч световых лет с Москвой, а ее динамический центр — с вершиной флагштока президентского штандарта над куполом Сенатского дворца за кремлевской стеной, то черная дыра поместилась бы в пределах сечения флагштока. При этом Солнце со всеми своими планетами и самой Москвой оказалось бы где-то в районе Московского университета.

Наивно было бы ожидать, что вокруг черной дыры совсем не будет никакого вещества, и оно там действительно есть — плотность звездного населения к центру Галактики увеличивается. Однако в окрестностях центральной черной дыры она даже выше, чем та, что следует из продолжения общих законов к центру.

Более того, в центре Млечного Пути подозрительно много молодых ярких звезд и массивных звездных скоплений, происхождение которых — большая загадка.

Активные ядра галактик — эпизоды интенсивного энерговыделения из ядра галактики, которые могут принимать форму квазара, блазара, радиогалактики, сейфертовского источника и так далее.

По современным представлениям, в центре каждой или почти каждой крупной галактики находится сверхмассивная черная дыра массой от миллионов до миллиардов масс Солнца. Считается, что явление активности галактического ядра связано именно с выделением энергии в окрестностях черной дыры.
Когда облако межзвездного газа подходит слишком близко к черной дыре, последняя может его захватить и позднее — поглотить. Тем не менее для падения на черную дыру вещество должно потерять значительную часть своего момента вращения, что делать эффективнее всего в аккреционном диске, слои которого трутся друг о друга, нагреваясь при этом до огромных температур. Именно этот газ и светится в широчайшем диапазоне электромагнитных волн — от радиоволн до гамма-излучения.

Помимо теплового излучения, часть светимости возникает за счет движения быстрых заряженных частиц (в основном электронов) в магнитных полях, усиленных сжатием в окрестностях черной дыры. Эти частицы не только излучают сами, но и рассеивают излучение горячего газа, повышая или понижая при помощи эффекта Комптона его частоту. В итоге формируется довольно сложный наблюдаемый спектр. Кроме того, по-видимому, вносят свой вклад в излучение и перезамыкания магнитных силовых линий в хаотических магнитных полях в окрестностях черной дыры.
Еще одна компонента активности — джеты, или струи вещества, с огромными (зачастую — околосветовыми) скоростями, выбрасываемые из окрестностей черной дыры. Детально механизм их ускорения до сих пор неизвестен, однако предполагается, что важную роль также играют магнитные поля, коллимирующие излишки вещества, которые черная дыра оказывается не в силах поглотить, в тонкие струи, перпендикулярные аккреционному диску. Подходящие для радиоизлучения условия в джете могут достигаться достаточно далеко от ядра галактики — в таких случаях образуются так называемые «радиоуши» активных галактик.

Согласно объединяющей модели активности галактического ядра, все многообразие наблюдаемых проявлений обеспечивается по большей части ориентацией аккреционного диска и джета относительно наблюдателя, а также темпами аккреции. Например, если плотный газопылевой тор вокруг аккреционного диска закрывает его от нас, мы видим лишь два «уха» радиогалактики, а если джет смотрит точно на нас — блазар, то есть некое подобие квазара с очень сильными переменностью, яркостью и поляризацией

Другие материалы рубрики


  • О спонтанном возникновении вещества из пустого пространства говорят как о рождении “из ничего”, которое близко по духу рождению ex nihilo в христианской доктрине. Для физики пустое пространство совсем не “ничего”, а весьма существенная часть Вселенной, а мысль о рождении самого пространства может показаться вообще странной. Однако в каком-то смысле это все время происходит вокруг нас. Расширение Вселенной есть не что иное, как непрерывное “разбухание” пространства. С каждым днем доступная современным телескопам область Вселенной возрастает на 1018 кубических световых лет. Здесь полезна аналогия с резиной. Если упругий резиновый жгут вытянуть, его “становится больше”. Пространство напоминает суперэластик тем, что оно, насколько известно физикам, может неограниченно долго растягиваться не разрываясь. Растяжение и искривление пространства напоминает деформацию упругого тела тем, что “движение” пространства происходит по законам механики точно так же, как и движение обычного вещества. В данном случае это законы гравитации. Квантовая теория в равной мере применима как к веществу, так и к пространству и к времени.
    Действительно, благодаря собственной физической природе Вселенная возбуждает в себе всю энергию, необходимую для “создания” материи — это есть космический бутстрэп (bootstrap — в переводе “зашнуровка”, в переносном смысле — отсутствие иерархии в системе элементарных частиц).



  • Судя по многочисленным публикациям, посвященным современной астрофизике, она находится на подъеме. Положение дел даже сравнивают с революционной ситуацией, сложившейся в физике в начале прошлого века. Но если тогда истина рождалась в спорах, сейчас новые понятия проникают в астрофизику практически без сопротивления. При этом ключевые положения старой теории, вместо того, чтобы обрести окончательную ясность, заменяются наборами гипотез. Современный астрофизик подробно объяснит, что такое космологический вакуум или антигравитация, но на вопрос о происхождении галактик даст расплывчатый ответ, включающий несколько возможных сценариев.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Космические фонтаны из водяного льда, пара и смеси других веществ, поднимающиеся над равнинами луны Сатурна, давно интригуют специалистов. Не хотят сходиться уравнения, описывающие энергетику этого мира, столь удаленного от Солнца. Однако все встает на свои места, если учесть новое открытие: волнующая активность Энцелада по геологическим меркам — мимолетный эпизод.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...Новая теория позволила сформулировать идеи, допускавшие экспериментальную проверку. В результате этих работ была предсказана новая разновидность света, состоящая не из обычных фотонов, а из загадочных Z–частиц. В окрестностях Женевы в 1983 году в серии экспериментов, исследующих столкновения частиц высоких энергий на ускорителе, были обнаружены Z–частицы, то есть единая теория поля получила подтверждение. Теоретики к этому времени сформулировали амбициозную теорию, объединяющую с электромагнитным и слабыми взаимодействиями еще один тип ядерных сил — сильное взаимодействие. Кроме того, были получены первые результаты исследований в области гравитации, показывавшие, каким образом гравитационное взаимодействие можно было бы объединить с другими типами взаимодействий...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • Никто пока не определил, всякая ли звезда в Галактике окружена другими планетами, либо Солнце является исключением из данного правила. За последние 9 лет астрономы при наблюдении за колебательными движениями звезд, которые вызваны воздействием, оказываемым на них планетами, обнаружили сотни таких планет. Но этот метод помогает фиксировать лишь самые массивные планеты, находящиеся неподалеку от звезд. Так можно обнаружить Юпитер, Сатурн в Солнечной системе, но мелкие тела (кометы, астероиды, планеты земного типа), делающие Солнечную систему такой разнообразной, астрономы бы не смогли найти, используя эти методы наблюдения.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Тесное сходство протона и нейтрона наводит на мысль, что здесь существует симметрия. И действительно, на ядерный процесс никак не отразится, если можно было бы заменить все протоны на нейтроны, или наоборот. Это свойство получило название — симметрия изотопического спина, или изотопическая симметрия. Название связано с тем, что ядра, отличающиеся только числом нейтронов, называются изотопами. Нынешнему состоянию Вселенной соответствует равное количество протонов и нейтронов, которые находятся в постоянном движении. Но какая причина вызывает эти движения и вообще изменения в природе?..

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Несмотря на то, что идея коллапса кажется простой (при сжатии ядра выделяется энергия гравитационной связи, за счет которой выбрасываются внешние слои вещества), трудно понять процесс в деталях. В конце жизни у звезды с массой более 10 масс Солнца образуется слоеная структура, с глубиной появляются слои все более тяжелых элементов.
    Ядро состоит в основном из железа, а равновесие звезды поддерживается квантовым отталкиванием электронов.
    Но в конце концов масса звезды подавляет электроны, которые вжимаются в атомные ядра, где начинают реагировать с протонами и образовывать нейтроны и электронные нейтрино. В свою очередь, нейтроны и оставшиеся протоны прижимаются друг к другу все сильнее, пока их собственная сила отталкивания не начнет действовать и не остановит коллапс.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Юпитер называют планетой загадок. В статье высказывается гипотеза о причинах феномена «горячих теней» — наиболее таинственного и малоисследованного процесса, наблюдаемого в атмосфере гигантской планеты.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Итак, знакомимся с действующими лицами драмы. Коричневый карлик 2M1207 спектрального класса M8 (его можно увидеть хорошо вооруженным глазом в созвездии Центавр) и его небольшой компаньон — планета 2M1207b. Последняя уже несколько лет как мучает ученых своими загадками. И вот теперь новейшее исследование позволило предположить: странные особенности данного объекта объясняются тем, что он рожден в результате совсем недавнего столкновения двух планет.



  • Был ли Большой взрыв началом времени или Вселенная существовала и до него? Лет десять назад такой вопрос казался нелепым. В размышлениях о том, что было до Большого взрыва, космологи видели не больше смысла, чем в поисках пути, идущего от Северного полюса на север. Но развитие теоретической физики и, в частности, появление теории струн заставило ученых снова задуматься о предначальной эпохе.
    Вопрос о начале начал занимать философов и богословов с давних времен. Он переплетается с множеством фундаментальных проблем, нашедших свое отражение в знаменитой картине Поля Гогена «D’ou venons-nous? Que sommes-nous? Ou allons-nous?» («Откуда мы пришли? Кто мы такие? Куда мы идем?»). Полотно изображает извечный цикл: рождение, жизнь и смерть — происхождение, идентификация и предназначение каждого индивидуума. Пытаясь разобраться в своем происхождении, мы возводим свою родословную к минувшим поколениям, ранним формам жизни и прото-жизни, химическим элементам, возникшим в молодой Вселенной, и, наконец, к аморфной энергии, некогда заполнявшей пространство. Уходит ли наше фамильное древо корнями в бесконечность или космос так же не вечен, как и мы?

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6