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


  • Прошло без малого сто лет с того момента, как были открыты космические лучи-потоки заряженных частиц, приходящих из глубин Вселенной. С тех пор сделано много открытий, связанных с космическими излучениями, но и загадок остается еще немало. Одна из них, возможно, наиболее интригующая: откуда берутся частицы с энергией более
    1020 эВ, то есть почти миллиард триллионов электрон-вольт, в миллион раз большей, чем будет получена в мощнейшем ускорителе — Большом адронном коллайдере (LHC)? Какие силы и поля разгоняют частицы до таких чудовищных
    энергий?

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...В начале 70-х годов появилось предложение объединить бозоны и фермионы в единую теорию, что, мягко говоря, среди ученых вызвало недоумение, ведь столь различны по своим свойствам эти две группы частиц. Тем не менее, оно возможно, если обратиться к симметрии, более широкой, нежели симметрия Лоренца — Пуанкаре, лежащая в основе теории относительности. Математическая суперсимметрия соответствует извлечению квадратного корня из симметрии Лоренца — Пуанкаре, физически же она соответствует превращению фермиона в бозон и наоборот. Разумеется, в реальном мире невозможно проделать такую операцию, тем не менее, операцию суперсимметрии можно сформулировать математически и можно построить теории, включающие суперсимметрии...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Давайте вспомним испытание противоспутникового оружия, проведенное 11 января 2007 года Китаем. Почему оно вызвало беспокойство у специалистов космической отрасли? Ведь с 1968-го по 1986-й США и СССР провели свыше 20 таких же испытаний! И с того времени уже было проведено несколько подобных испытаний?! Дело вовсе не в международной безопасности. Или не только в ней.



  • ...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


  • ...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


  • ...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


  • Наблюдая и изучая особенности Млечного Пути, астрономы долгое время не могли понять общую структуру и историю нашей Галактики. До 1920 г. ученые не были уверены, что Галактика — отдельный объект, один из миллиардов подобных. К середине 50-х гг. они наконец составили план Галактики, представляющий собой величественный диск из звезд и газа. В 60-х гг. теоретики считали, что наша Галактика сформировалась на раннем этапе космической истории — по новейшим оценкам, около 13 млрд. лет назад — и с той поры не претерпевала существенных изменений.

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


  • ...Среди прочих лептонов в 1936 году, среди продуктов взаимодействий космических лучей, был открыт мюон. Он оказался одной из первых известных нестабильных субатомных частиц, которая во всех отношениях, кроме стабильности, напоминает электрон, то есть имеет тот же заряд и спин и участвует в тех же взаимодействиях, но имеет бóльшую массу. Примерно за две миллионные доли секунды мюон распадается на электрон и два нейтрино. На долю мюона приходится значительная часть фонового космического излучения, которое регистрируется на поверхности Земли счетчиком Г. Гейгера...

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


  • Наблюдения на рентгеновской обсерватории «Чандра» показали наличие большого числа маломассивных рентгеновских двойных звезд в эллиптических и линзовидных галактиках, а также в балджах — центральных сферических компонентах — дисковых галактик. Распределение источников по светимостям хорошо описывается двумя компонентами, граница между которыми соответствует светимости порядка (2-3) 1038 эрг/с. Т.к. эта величина примерно соответствует максимальной (т.н. Эддингтоновской) светимости объекта с массой 1.4 Мо, то возможно, что более мощные источники являются аккрецирующими черными дырами, а менее мощные — нейтронными звездами. Т.о. с некоторой долей уверенности можно говорить, что мы видим в галактиках ранних типов — эллиптических и линзовидных — тесные двойные системы как с черными дырами (самые яркие источники), так и с нейтронными звездами (менее яркие).



  • ...Уходить от Солнца на еще большее расстояние, по подсчетам швейцарского астрофизика, нет смысла. Потому что в стадии красного гиганта Солнце пробудет всего несколько миллионов лет, а затем станет снова быстро сжиматься, превратится в белого карлика и начнет деградировать как источник энергии. И тогда Земле, чтобы получать достаточное количество тепла и света, понадобится орбита меньшая, чем сейчас у Меркурия. Но при таком приближении к светилу силы притяжения довольно скоро остановят вращение Земли вокруг ее оси. Планета будет повернута к Солнцу всегда одной стороной. Значит, жизнь на Земле быстро погибнет: на ночной стороне — от тьмы и холода, а на освещенной — от жары и губительного для всего живого ультрафиолетового и рентгеновского излучения, идущего от белого карлика.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3