Галактика NGC 1275 - ядро скопления галактик в Персее

Страница 2

В 1973 г. было опубликовано интересное открытие Юнга, Робертса и Саслау: газ высокой скорости был обнаружен в поглощении по линии нейтрального водорода, наблюдаемой в радиодиапазоне на волне 21 см. Спектральные наблюдения показали, что на фоне непрерывного радиоспектра галактики NGC 1275 имеется сильное поглощение в линии нейтрального водорода на скорости 8100 км/с. Это важное открытие подтверждало предположение Минковского о том, что газ высокой скорости располагается между эллиптической галактикой и наблюдателем. В этом случае большая положительная скорость газа высокой скорости должна интерпретироваться не как выброс из ядра, а как падение на центральную галактику. Более поздние наблюдения показали, что наиболее плотные части газа, поглощающего в линии 21 см, располагаются как раз против центра галактики. Угловой размер области, занятой плотным газом порядка 6" х 9" или примерно 2х3 кпк.

Явление двух систем газа изучалось довольно активно. Для объяснения его и связанных с ним особенностей галактики, наряду с гипотезой взрыва, обсуждались и другие гипотезы: сталкивающиеся галактики, случайное наложение двух галактик. Среди сторонников гипотезы Минковского о сталкивающихся галактиках имеется два лагеря: одни считают, что быстрая галактика генетически связана с эллиптической, а другие — что она интервентка — прилетела из далеких областей скопления Персея. Слабым местом гипотезы сталкивающихся галактик является отсутствие ядра быстрой галактики. Споры о природе структурных особенностей галактики NGC 1275 и их происхождении продолжаются. Совсем недавно английские ученые обнаружили свечение ионизованного кислорода, по форме напоминающее мост, направленный от ядра галактики в сторону газа высокой скорости. Этот выступ сразу был интерпретирован, как свидетельство взаимодействия, имеющего место между двумя системами газа. Ученые подсчитали, что если газ высокой скорости был выброшен из ядра центральной галактики, то это произошло 5·106 лет тому назад.

Здесь в короткой заметке трудно перечислить все особенности галактики NGC 1275. Но нельзя не упомянуть об одной из важнейших — она содержит ядро сейфертовского типа. О сейфертовских ядрах написано очень много. Исследованию этих ядер уделяется большое внимание. Дело в том, что такие ядра излучают громадную энергию: 1043—1045 эрг/с, источники пополнения которой до сих пор еще не обнаружены. Спектральные исследования показали, что в ядрах имеются газовые образования, движущиеся со скоростями в десятки тысяч км/с. Как непрерывное, так и линейчатое излучение таких ядер галактик меняется со временем. Причем время переменности иногда достигает очень малых значений: заметные изменения происходят в ядре всего за несколько суток, а иногда даже и за несколько часов. Все эти данные говорят о том, что сейфертовские ядра, а среди них и ядро галактики NGC 1275 — это котлы, где реализуются громадные запасы энергии. Вопрос состоит в том, откуда берется эта энергия.

Многие исследователи, как уже было сказано вы-выше, склонны считать, что особенности галактики NGC 1275, в том числе и ее сейфертовское ядро, обусловлены энергией, поглощаемой из окружающего галактику скопления. Рассмотрим некоторые особенности скопления галактик Персея, которые дают основания для таких соображений.

Скопление галактик в Персее — одно из самых богатых ближайших к нам скоплений. На рис. 3 приведена фотография его центральной части. На ней номерами отмечены наиболее яркие члены скопления. Скопление исследовалось во всех диапазонах длин волн от радио до рентгена. В оптической области спектра одними из первых его изучали Хаббл и Хьюмасон.

Они сообщили, что скопление состоит примерно из 500 галактик, рассеянных по площади размером около 2 °. Центр скопления находится вблизи галактики NGC 1275, которая является ярчайшей галактикой скопления. Интервал фотографических звездных величин галактик скопления mpg заключен в пределах от 13,8й до 19т. Звездная величина галактики NGC 1275 mpg = 13,8m. На рисунке хорошо видно, что по яркости эта галактика выделяется среди других членов скопления. Скопление имеет вытянутую форму. Примерный размер скопления — 1,4° х 0,9° или 1,8 х 1 Мпк. Более поздние исследования показали, что размер скопления по крайней мере в 2—3 раза больше и содержит оно тысячи членов. Исследование лучевых скоростей галактик — членов скопления позволило оценить гравитационную массу скопления. В радиусе 3° эта масса равна 3,4·10Ι5МΘ.

Очень интересные результаты получили Арп и Бертола. Они применили методику, которая позволила обнаружить слабосветящиеся образования одновременно с яркими центральными областями галактик скопления. На их снимках размеры галактик оказались гораздо больше, чем на обычных фотографиях. На рис. 4, заимствованном из их работы, видна центральная часть скопления галактик в Персее.

Арп и Бертола считают, что слабое свечение между галактиками происходит от слабых звезд, которые окружают галактики: галактики располагаются не в пустом пространстве, а в пространстве, занятом слабыми звездами. Но галактики связаны между собой не только звездами. Между ними наблюдается ионизованный газ. Об этом свидетельствуют наблюдения в радио и рентгеновском диапазонах длин волн.

Радиоизлучение скопления Персея исследовалось многими авторами. Мили и Перола привели карту изофот скопления на волне 20 см (рис. 5). Видно, что наиболее яркая часть радиоизлучения сосредоточена около центра скопления — как раз в том месте, где находится галактика NGC 1275. Радиоизлучение имеет выступ, направленный на Запад в сторону галактики NGC 1272.

Радиоизлучение скопления галактик обусловлено свечением релятивистских электронов, движущихся в межгалактических магнитных полях. Существует ряд моделей, описывающих происхождение этих электронов в межгалактическом пространстве. Рассмотрим модель, предложенную Хиллом и Лонгейером. Согласно их гипотезе релятивистские электроны, обеспечивающие свечение в межгалактическом пространстве скоплений галактик, образуются в членах скопления, активных в радиодиапазоне, а затем растекаются из этих галактик в форме потоков плазмы. Радиоактивных галактик в скоплении может быть не сколько. Это верно и для скопления Персея. Вытекание плазмы из галактик приводит к тому, что радиогало отдельных галактик теряют свою индивидуальность, а плазма с повышенной интенсивностью заполняет все скопление или его часть. Размеры потоков и их стабильность определяются не только степенью активности членов скопления, но также и распределением крупномасштабных магнитных полей и плотности межгалактического газа. В частности, скопление галактик в Персее имеет радиогало, которое концентрируется в точности около галактики NGC 1275, и поэтому предполагается, что оно генерируется космическими лучами, вытекающими, в основном из этой галактики. Наличие радиогало по гипотезе Хилла и Лонгейера подтверждает существование потоков плазмы в межгалактической среде скоплений галактик.

Распространение космических лучей в пространстве сопровождается энергетическими потерями. Релятивистские электроны расходуют свою энергию на синхротронное излучение, рассеяние на квантах света, на обычное тормозное излучение, ионизацию атомов в среде, где они распространяются, на адиабатическое расширение. Все эти потери растут с ростом энергии электрона, т. е. более энергичные электроны теряют больше энергии, чем менее энергичные. Поэтому возникает эффект "старения" энергетического спектра электронов, который заключается в том, что в спектрах излучения пучков электронов разных энергий образуется "завал" интенсивности на высоких частотах: спектральный индекс со временем становится более крутым.