Реферат: Галактика NGC 1275 - ядро скопления галактик в Персее

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.

Гипотеза о том, что релятивистские электроны втекают в межгалактическое пространство скоплений из радиоактивных галактик подтверждается и на примере скопления Персея. Подтверждение состоит не только в том, что радиогало располагается вокруг галактики NGC 1275, но также и другими фактами. На рис. 6 представлена карта радиоисточника, вытянутой формы и связанного с самой галактикой NGC 1275, находящегося как раз в средине внутренней изофоты рис. 5. Размер радиоисточника равен Примерно 30" или 10 кпс. Представленная карта получена в Англии на радиоинтерферометре на волне 73 см при пространственном разрешении 1,2". Динамический диапазон или отношение самых ярких и самых малых интенсивностей 10⁴ : 1. Видно, что радиоисточник представляет собой вытянутое образование, в котором выделяются наиболее яркие детали, обозна ченные цифрами 1—3. Подсчеты показали, что по яркости детали 1 —3 составляют всего 5% от общей яркости 30" радиоисточника. Остальные 95 % приходятся на яркое радиоядро галактики.

По мнению большинства авторов вытянутая форма радиоисточника галактики NGC 1275 (не ядра) свидетельствует о том, что радиооблака выбрасываются из ядра галактики в двух направлениях на северо-запад и юго-восток. Это предположение подтверждается и другими данными. Деталь 1 ближе всех расположена к ядру и имеет самую большую яркость из названных трех деталей.

Спектральный индекс этой радиодетали равен 0,6 (радиоспектр плоский). Все эти факты свидетельствуют об относительной молодости детали 1. В то же время деталь 3 расположена дальше от ядра, имеет меньшую яркость и спектральный индекс ее излучения равен 1,6 (радиоспектр крутой). Отсюда был сделан вывод, что радиоизлучающие облака электронов на юго-востоке содержат в среднем более энергичные электроны, чем облака, расположенные на северо-западе. Как мы видели ранее, первые считаются более молодыми, чем вторые, так как более энергичные электроны высвечиваются быстрее, чем менее энергичные. Все приведенные факты позволяют сделать предположение, что активность ядра галактики NGC 1275 в направлении на юг в последнее время была больше выражена, чем на север.

Интересно, что детали, аналогичные деталям 1 —3 радиоисточника галактики NGC 1275 наблюдаются и в других вытянутых радиоструктурах центральных объектов в скоплениях галактик в Волосах Вероники и Деве, и все они вместе удовлетворяют общей зависимости яркости детали от ее размера. Наличие такой зависимости говорит об общей природе всех этих деталей, составляющих вытянутые структуры центральных радиоисточников скоплений галактик.

Не менее интересные данные получены для скопления галактик в Персее в рентгеновской области спектра. Открытие рентгеновского излучения в Персее было сделано на ракете "Аэробе", запущенной 1 марта 1970 г. Наблюдения велись в четырех интервалах энергии: 0,5 – 1,0, 1,0 – 1,5, 1,5 – 2,5 и 2,5 – 10 кэВ. Вновь открытый рентгеновский источник получил название Персей Х-1. Затем наблюдения этого источника были проведены на спутнике УХУРУ и на ракетах.

Диапазон наблюдаемых энергий расширился до 53 – 93 кэВ. Улучшалось и угловое разрешение при наблюдениях. На орбитальном телескопе "Коперник" наблюдения велись в области энергий 0,5 – 3,0 кэВ, пространственное разрешение было 1,8' (рис. 7). Прерывистой линией показано положение оптического центра скопления. Легко заметить, что распределение яркости рентгеновского излучения в скоплении Персея следует видимому распределению галактик около центра скопления.

В результате длительных наблюдений в разных диапазонах энергий удалось получить распределение энергии в спектре излучения скопления Персея в рентгеновской области. Рентгеновский спектр хорошо представляется плавной кривой и похож на спектр теплового тормозного излучения горячего газа, имеющего температуру ~6,6·10⁷ градусов. Важной особенностью рентгеновского спектра скоплений галактик являются линии излучения высокоионизованных элементов, самая яркая из которых линия FeXXVI расположена в области энергий 6 кэВ. Свечение этой линии в скоплениях галактик предсказал Шкловский в 1973 г., об обнаружении ее было опубликовано в 1976 г. Наличие эмиссионных линий высокой ионизации свидетельствует не только о высокой температуре вещества в скоплении, но также и о его высоком насыщении тяжелыми элементами. Дальнейшие исследования показали, что в рентгеновском спектре скоплений галактик наблюдаются эмиссионные линии высоких степеней ионизации элементов кремния, серы и др. Было оценено содержание железа в газе скопления. Оно оказалось всего наполовину меньше, чем в окрестностях Солнца. Этот факт свидетельствует о том, что газ скопления непрерывно пополняется веществом, вытекающим из галактик, где он успел обогатиться тяжелыми элементами, образующимися в процессе эволюции звезд.

Таким образом, радио и рентгеновские исследования скопления Персея показали, что плазма, обогащенная тяжелыми элементами, постоянно вытекает из галактик — членов скопления и заполняет пространство между галактиками, смешиваясь здесь с газом, который остался от эпохи формирования галактик. В общих чертах рентгеновская карта показывает распределение плотности газа в скоплении Персея. На спутнике Эйнштейн были поставлены приборы высокой чувствительности и высокого пространственного разрешения — до 4". Эти наблюдения и успехи теоретических разработок позволили получить свидетельства тому, что температура газа, излучающего в рентгеновской области спектра, меняется внутри скопления Персея. Вблизи центра скопления около галактики NGC 1275 температура ниже, чем в более отдаленных областях. Эти факты послужили основанием для гипотезы "охлаждающегося газа" в скоплениях галактик. Согласно этой гипотезе газ из скопления течет на центральную галактику и при этом охлаждается. Сторонники этой гипотезы считают, что именно поток межгалактического газа скопления Персея создал условия для образования вблизи галактики NGC 1275 газовых образований типа жгутов, похожих на жгуты Крабовидной туманности. Втеканием газа из скопления на галактику объясняется и ее необычно голубой цвет, несвойственный для галактик эллиптического типа. Дополнительные порции газа создали условия для большого "взрыва звездообразования", которым охвачена вся центральная часть галактики NGC 1275. Благодаря этому "взрыву" галактику стали называть "растущей галактикой". Ее спектр вне ядра как раз свидетельствует о наличии здесь большого количества молодых звезд, в среднем его оценивают классом А. Расчеты показали, что в диаметре 13 кпс в NGC 1275 должно быть 10⁶ звезд раннего спектрального типа 07. Возраст этих звезд всего 10⁷ лет. Скорость звездообразования в этой области галактики — 30 масс Солнца в год.

Выводы

Все вышеизложенное показывает, что центральное положение галактики в богатом скоплении галактик Персея позволяет ей обмениваться веществом с окружающим скоплением, что существенно влияет на ход эволюции этой галактики. Данная тема весьма актуальна на день нынешний ввиду того, что многоплановое и многогранное исследование подобных структур Вселенной помогает пролить свет на их происхождение и эволюцию. Эти исследования также актуальны и для отдалённого будущего. Знание того, куда мы летим и что там есть облегчит задачу пилотам кораблей того времени.

Литература

1. И. Н. Проник. Исследования туманностей и галактик. М., 1991

2. Астрономический календарь на 1991 год. М., "Наука", 1990