velikol.ru
1

ПРОБЛЕМЫ АСТРОФИЗИКИ

ЯДРА ГАЛАКТИК

Академик В. А. АМБАРЦУМЯН

Как известно, астрономия делится на три основных раздела:

астрономия солнечной системы, изучающая Солнце, планеты, спутники и кометы,

астрономия нашей Галактики, изучающая устройство нашей звездной системы и физические свойства ее членов — звезд, звездных скоплений и туманностей,

внегалактическая астрономия, изучающая галактики и другие внега-, лактические тела и системы.

Объем пространства, которым занимается второй раздел, почти в 1020 раз больше изучаемого первым разделом, а мировое пространство, иссле­дуемое третьим разделом, в 1016 раз больше изучаемого вторым разде­лом. Речь далее пойдет о третьем разделе — внегалактической астрономии.

Будем считать известным, что галактики представляют собой гигант­ские звездные системы, каждая из которых содержит миллиарды звезд, а иногда (галактики-сверхгиганты) сотни миллиардов звезд. К числу сверх­гигантских галактик может быть отнесена и наша Галактика. Более яр­ким сверхгигантом, обладающим к тому же большей массой и более бога­тым звездным населением, является один из близких соседей нашей Га­лактики — система М31 в созвездии Андромеды.

Бесспорен факт, что, как правило, все галактики имеют более плотные центральные части, т. е. их яркость и плотность возрастают к центру. Но кроме этого более или менее плавного возрастания яркости к центру, у мно­гих галактик отмечено наличие в самом центре очень маленьких по раз­меру (иногда в сотни, а иногда в тысячи раз меньше, чем диаметр га­лактики) дискретных, звездообразных сгущений. Временами, при хорошо подобранной экспозиции, эти дискретные сгущения, звездообразные или почти звездообразные ядра хорошо видны на фотографиях, на фоне об­щего центрального уплотнения, о котором уже говорилось. Но в большин­стве случаев они совершенно незаметны, так как для получения снимка галактики в целом применяются длительные экспозиции, в результате чего центральная часть оказывается передержанной и дискретное звездо­образное сгущение в центре не видно.

Вот эти центральные звездообразные или почти звездообразные сгу­щения и называются ядрами галактик. Например, галактика в созвездии Андромеды имеет такое ядро, диаметр которого в 5000 раз меньше диа­метра самой галактики. На рис. 1, 2, 3 представлены снимки хорошо из­вестных галактик М31 и М81, на которых ядра совершенно теряются на фоне яркого центрального сгущения, и снимок галактики Маркарян 10,

Доклад на Общем собрании Академии наук СССР 27 ноября 1968 г.







^ ЯДРА ГАЛАКТИК

23






где ядро олагодаря своей ог­ромной светимости резко вы­деляется.

Галактика Маркарян 10 по относительной яркости яд­ра, или, иными словами, по его различимости, является весьма редким объектом. Од­нако во многих других случа­ях можно подобрать экспози­цию так, что ядро все-таки видно. Есть, тем не менее, га­лактики, где ядро не наблю­дается совсем из-за его сла­бой светимости, но, исходя из строения центральной части галактики, все же мож­но почти с уверенностью утверждать, что оно суще­ствует.

Несколько забегая вперед, я хочу сказать, что у ряда га­лактик, у которых ядро вовсе не видно, о его существова­нии можно судить по прямым признакам его активности. Известно, например, что в га­лактике М82 примерно полто­ра миллиона лет назад про­изошел грандиозный взрыв и из его центральной части к нам доходит интенсивное радиоизлучение. Но на снимках М82, полученных с разной экспозицией, не видно изображения ядра (рис. 4). Либо оно очень слабо, либо скрыто от нас поглощающей материей. Заметим, что по этой последней причине мы не видим в оптических лучах ядро нашей Галак­тики и только благодаря заметному радиоизлучению ядра мы уверены в его существовании. Есть и такие случаи, когда излучение ядра склады­вается с излучением окружающего его довольно плотного, но небольшо­го по объему звездного облака. Примером может служить галактика NGC4303 (рис.5).

В течение многих десятилетий на ядра галактик смотрели так же, как на другие рядовые детали строения соответствующих галактик, и их ис­следованию уделялось сравнительно мало внимания.

Были изучены только некоторые относящиеся к их физической при­роде факты, не дававшие оснований приписывать ядрам ту фундаменталь­ную роль, которую они на самом деле играют.

Первые наблюдения указывали, что спектры многих ядер мало отли­чаются от спектров окружающих центральных областей, т. е. показывают неглубокие, размытые линии поглощения, по длинам волн совпадающие с наиболее интенсивными линиями поглощения тех звезд, которые насе­ляют центральные области галактик.

Это давало основание полагать, что каждое ядро — своеобразное звезд­ное скопление, погруженное в центральную часть галактики. Малая глу­бина линий поглощения правильно объяснялась тем, что здесь происходит наложение света звезд, одни из которых имеют в спектре данную линию,



а другие — нет. Размы­тость линий объясня­лась дисперсией доп-плеровских смещений, связанной с дисперсией скоростей самих звезд. Цвета ядер многих га­лактик были в хоро­шем согласии с этим представлением.

Что касается свети­мости ядер, то она ока­залась самого различно­го порядка. У многих галактик она настолько низка, что мы фактиче­ски не наблюдаем ядро в оптических лучах, У Других она составляет от одной десятой про­цента до 2—3% свети­мости галактики и лишь в отдельных случаях — ее значительную часть. Поскольку в галактиках часто встречаются в качестве их отдельных коллективных членов шаровые и открытые звездные скопления, то су­ществование ядер, которые по представлению 40-х годов состоят цели­ком из звезд, не вызывало ни особо трудных вопросов, ни больших не­доумений.

Поэтому удивительно, что сравнительно мало внимания было обращено на работу американского астронома Сейферта, опубликовавшего в 1943 г. замечательное исследование спектров ядер нескольких галактик — ядер, которые на фоне центральных частей галактики резко выделяются своей светимостью, составляющей иногда до 50% яркости галактики.

Им было найдено восемь таких галактик, у которых водородные линии, наблюдавшиеся в эмиссии (т. е. в излучении), очень ярки и сильно рас­ширены. Большая ширина водородных линий свидетельствует о сущест­вовании в ядре газовых потоков, обладающих скоростями порядка 1000 км/сек, а иногда достигающих 3000 км/сек. Эти газы должны ухо­дить из ядра, преодолевая силу его притяжения в течение нескольких де­сятков тысячелетий, самое большее — за время порядка 105 лет. Их нали­чие в ядре говорит о том, что в ядрах имеются тела, выбрасывающие такие газовые потоки.

Подробные исследования иностранных и советских астрономов показа­ли, что речь идет о присутствии в ядре отдельных дискретных облаков, уходящих из ядра с высокими скоростями.

В результате более тонкого изучения других галактик с менее яр­кими ядрами выяснилось, что и там происходит истечение газов из ядра в окружающий объем галактики, хотя и не столь бурное. По существу та­кое истечение имеет место и из ядра нашей Галактики. Открытие указан­ных свойств галактик Сейферта позволяло уже тогда заключить, что в отличие от звезд и обычных звездных групп ядра галактик могут обла­дать своеобразной, качественно новой формой активности.

Однако решающую роль в развитии представлений об активности ядер галактик сыграло обнаружение радиогалактик, т. е. галактик, испускаю-

^ ЯДРА ГАЛАКТИК

25






щих особо интенсивное радиоизлучение. Радио­галактики были откры­ты впервые в 1952 г., причем авторы этого от­крытия американские астрономы В. Бааде и Р. Минковский одновре­менно с опубликова­нием наблюдений пред­ложили теорию, соглас­но которой возникнове­ние радиоизлучения в галактике, или появле­ние радиогалактики, есть результат столкно­вения двух прежде не­зависимых галактик. С самого начала было очевидно, что эта тео­рия противоречит мно­гим наблюдательным данным. Однако вслед­ствие внешней эффек­тивности она была раз­рекламирована в 50-х годах и даже в начале 60-х годов гораздо больше, чем любая правильная астрономическая теория. Еще в 1953 г., когда нам, в Бюраканской астрофизической обсерватории Академии наук Армянской ССР стало ясно, что это объяснение неверно, мы начали искать новое, более тщательно анализируя наблюдательные данные сперва на основе гипотезы о разделении галактик, затем деления ядра галактики на две части, а потом взрывного выбрасывания из ядра облаков частиц высокой энергии. В настоящее время гипотеза о столкно­вении галактик совершенно забыта. Очевидно, в ядре каждой радиогалак­тики имел место сверхмощный взрыв. Энергия этого взрыва достигает ве­личин порядка 10 эрг, т. е. той энергии, которую гигантская галактика, состоящая из десятков миллиардов звезд, испускает в оптической области за миллиард лет. Таким образом, приблизившись к пониманию природы радиогалактики, астрономы подошли к изучению самых грандиозных энергетических процессов во Вселенной.

Исследования одной из ближайших радиогалактик — Девы А — пока­зали, что в ней наблюдается истекающая прямо из ядра струя с отдель­ными сгущениями, каждое из которых по существу является образова­нием масштаба малой галактики, но состоит не из звезд, а из электронов высокой энергии, движущихся в магнитных полях. Этот факт толкнул нас на поиски других случаев выброса струи из ядра большой гигантской га­лактики.

В качестве примера рассмотрим галактику NGC 3561 (рис. 6), у кото­рой струя выходит непосредственно из ядра и протягивается на большое расстояние. Сгущение, наблюдающееся в конце струи, представляет собой галактику умеренной светимости (хотя и значительно слабее сверхгигант­ской галактики, из которой она выброшена). Это сгущение имеет интен­сивно голубой цвет, как и многие другие объекты такого же типа, обнару-

26

^ В. А. АМБАРЦУМЯН

женные в дальнейшем. Спектр данного сгущения был изучен американ­ским астрономом Ф. Цвикки и совсем недавно Стоктоном. Оказалось, что оно сильно отличается от других галактик тем, что значительная часть его излучения заключена в одной линии ионизованного кислорода 3727 А. Самое поразительное, что спектр выброса и спектр ядра галактики, из которой произошел выброс, совершенно сходны в отношении их главной особенности — ярких эмиссионных линий. Поэтому теперь не может быть никакого сомнения, что это действительно выброс или, если хотите, деле­ние ядра галактики на две части.

Мы не знаем еще, состоят ли подобные выбросы только из газов или же в них имеются и более плотные тела. Возможно, это одно плотное тело, которое может дать начало звездам и превращению такого выброса в настоящую галактику. Существует много дополнительных данных, ко­торые свидетельствуют в пользу того, что галактики низкой светимости являются результатом выброса массы из ядер больших галактик, но их мы здесь не будем касаться. Отмечу только, что в середине струи галак­тики NGC 3561 имеется звездообразный, или, как теперь говорят, квази­звездный, объект голубого цвета с яркими линиями в спектре; этот объект также можно считать отдельным выбросом. Да и сам большой выброс в его яркой части обладает очень незначительными угловыми размерами.

Так постепенно сформировалось представление о том, что из ядер га­лактик могут выбрасываться компактные или совсем звездообразные объ­екты голубого цвета сравнительно низкой светимости. Стало очевидно, что мы имеем дело по крайней мере с тремя формами активности ядер: исте­чение газов, выбрасывание голубых сгустков и взрывы, приводящие к пре­вращению галактики в радиогалактику. Все эти явления оказались столь крупного масштаба, что не оставляли сомнения в возможности большого влияния ядра на развитие галактики в целом.

Новый этап в этих исследованиях связан с работой сотрудника Бюра-канской обсерватории члена-корреспондента АН АрмССР В. Е. Марка-ряна. Им было обращено внимание на то, что известная довольно тесная зависимость между цветом галактики и ее морфологическим типом (при переходе от эллиптических галактик к спиральным и далее к иррегуляр­ным цвет становится все голубее) иногда нарушается. Некоторые галак­тики имеют более голубой цвет, чем тот, который соответствует их морфо­логическому типу. Оказалось, что это отклонение цвета галактики от нор­мы (посинение) гораздо сильнее, когда мы рассматриваем цвет централь­ной части, т. е. цвет суммарного излучения ядра и околоядерной области.

Известно, что на периферии спиральных галактик в спиральных рука­вах много ассоциаций звезд, обладающих голубым интегральным цветом. Однако посинение центральных частей галактик, о котором идет речь, не может быть объяснено этим нормальным голубым излучением звездных ассоциаций. Голубой цвет центральных частей галактик должен быть вы­зван какой-то дополнительной причиной, предположительно связанной опять-таки с деятельностью ядра.

Очевидно, здесь происходит какое-то дополнительное излучение, ко­торое мы называем в Бюракане «незвездным» или «нетепловым». Было решено прежде всего исследовать объекты, выделенные Б. Е. Маркаряном, для поисков нетеплового радиоизлучения. Соответствующие наблюдения были выполнены нашим радиоастрономом Г. Товмасяном на двух круп­нейших австралийских радиотелескопах в Парксе и Молонгло'. Оказа­лось, что более половины объектов списка Маркаряна обладает радиоиз-

1 О работе австралийских астрономов см. в статье Б. Бока «Астрономия в южном полушарии». Ежегодник «Наука и человечество», 1965.

^ ЯДРА ГАЛАКТИК

17






лучением, исходящим из центральной области око­ло ядра. Следует преду­предить, что эти объек­ты — не радиогалактики, а гораздо менее интенсив­ные радиоисточники, даю­щие, однако, сильное не­тепловое излучение от ма­ленькой центральной об­ласти оптической галак­тики. Параллельные ис­следования радиоизлуче­ния от других, главным образом спиральных га­лактик, имеющих нор­мальный цвет, показали, что и среди них есть объ­екты с радиоизлучением из центральной области. Однако процент подобных объектов среди нормаль­ных галактик в несколько раз меньше.

Таким образом, было найдено новое проявление активности ядер, выра­жающееся в голубом цвете ядра и околоядерной области. Кстати отметим, что голубой цвет означает и наличие интенсивного ультрафиолетового спектра (ультрафиолетового континуума) у центральных частей данной галактики. Поэтому аномальный цвет можно заменить другим, почти эк­вивалентным признаком — ультрафиолетовым континуумом.

Надо сказать, что данные о цвете (показателях цвета) известны толь­ко для небольшого числа галактик. Накопление этих данных в астроно­мии шло чрезвычайно медленно, так как каждая галактика наблюдалась в отдельности с щелевым спектрографом либо с фотоэлектрическим фо­тометром. Естественно, что наблюдатели были вынуждены ограничиться изучением спектров и цвета наиболее ярких галактик.

Положение дел совершенно изменилось после того, как в Ленингра­де были изготовлены самые большие в мире объективные призмы для мет­рового телескопа Шмидта Бюраканской обсерватории. Благодаря этим призмам стало возможным получать с незначительной дисперсией одно­временно много спектров звезд и галактик, находящихся в довольно боль­шом поле, площадью около 20 квадратных градусов. Произведя такой снимок, можно среди сотен или тысяч галактик (то же относится к звез­дам) сразу выбрать те, спектры которых обладают интересующим нас свойством. В данном случае этим свойством было наличие интенсивного ультрафиолетового континуума. Затем выделенные таким способом галак­тики можно было, образно выражаясь, передать для изучения на щелевых спектрографах с большой дисперсией. Так возникли списки голубых га­лактик (точнее галактик с ультрафиолетовым континуумом) Маркаряна.

Уже наблюдения с малой дисперсией показали Б. Е. Маркаряну, что галактики с интенсивным ультрафиолетовым континуумом часто имеют в спектре центральной части яркие эмиссионные линии (в отличие от нор­мальных галактик). Была достигнута договоренность о том, чтобы бюра-


28 в^ ' А. АМБАРЦУМЯН


канские астрономы могли использовать для более подробного исследова­ния галактик Маркаряна спектрографы на крупнейших рефлекторах США. Эту задачу возложили на сотрудника нашей обсерватории Э. Е. Хачикяна, который в сотрудничестве с американскими астрономами успешно с ней справился. Оказалось, что среди галактик, открытых Б. Е. Маркаряном, есть много весьма интересных объектов.

Прежде всего я хочу подчеркнуть, что списки галактик Маркаряна составлены по признаку наличия в их ядрах интенсивного ультрафиоле­тового континуума. Однако наблюдения со щелевыми спектрографами, охватившие около полусотни галактик Маркаряна, говорят о том, что за редким исключением все они имеют очень яркие эмиссионные линии. Пер­вый же пример — галактика Маркарян 1 (спектрограмма на рис. 7) сви­детельствует об этом. Здесь видны яркие запрещенные линии2 дважды ионизованного кислорода. Следует обратить внимание также на спектр га­лактики Маркарян 3, где эти запрещенные линии гораздо шире водород­ных. Аналогичная картина на рис. 8 в спектре галактики Маркарян 5. Но уже в спектре галактики Маркарян 13 положение выравнивается, и во­дородная линия Нр имеет ту же ширину, что и запрещенные линии.

Совершенно иное положение в спектрах галактик Маркарян 9, 10 и 42 (рис. 9, 10). Правда, и здесь существуют интенсивные линии эмиссии, но можно заметить, что в них водородные линии сильно расширены, в то вре­мя как запрещенные линии ионов кислорода остаются узкими. Это, меж­ду прочим, и есть важнейшая характеристика спектров галактик Сейфер-та. Как я уже упоминал, в их ядрах газовые облака движутся со скоро­стями порядка тысяч километров в секунду. На изображении галактики Маркарян 10 ядро галактики выделяется как особенно интенсивный объект.

Теперь рассмотрим фотографию галактики Маркарян 9 (рис. 11). Здесь ядро дает большую часть света галактики. Таким образом, вновь обна-

2 Запрещенные, т. е. спектральные линии, вероятность испускания которых со­ответствующим атомом очень мала, в условиях разреженного межзвездного вещеста становятся иногда весьма интенсивными.




30

^ В. А. АМБАРЦУМЯН

руженные галактики обладают и этим характерным признаком галактик Сейферта. По существу Э. Е: Хачикяну удалось открыть среди галактик Маркаряна четыре объекта типа сейфертовских. Для сравнения укажем, что за 25 лет, прошедших с опубликования работы Сейферта, к его перво­начальным восьми объектам этого типа было прибавлено лишь три. А ведь нока подробно изучено меньше четверти открытых Б. Е. Маркаряном га­лактик с ультрафиолетовым континуумом.

Около половины галактик Маркаряна обладает тем свойством, что из­лучение ультрафиолетового континуума и излучение в эмиссионных ли­ниях сконцентрированы в небольшой околоядерной области. В этом смыс­ле они (т. е. половина галактик Маркаряна) являются компактными объ­ектами и напоминают квазизвездные объекты (квазары), которые были открыты в 1963 г. и вызвали всеобщий интерес.

Однако светимость всех этих компактных объектов гораздо ниже сред­ней светимости известных нам квазаров (по крайней мере в двести раз слабее), хотя и намного выше светимости упоминавшихся нами компакт­ных выбросов из галактик NGC 3561.

Если же говорить только о галактиках 9, 10 и 42 из списка Маркаря­на и об одной из компактных галактик списка Цвикки, то светимости их ядер (подчеркиваю, одних лишь ядер) уже вполне сравнимы с интеграль­ными светимостями гигантских и сверхгигантских галактик. Следователь­но, ядра новых галактик типа Сейферта, найденных Э. Е. Хачикяном, по многим своим свойствам близки к квазизвездным объектам. С другой стороны, те из них, у которых наблюдатели искали радиоизлучение, не показали ощутимого потока такого излучения. Отсюда следует, что, не­сколько уступая квазарам в оптической светимости, эти объекты во много раз больше уступают им в радиосветимости.

Поскольку мы затронули вопрос о сходстве явлений, наблюдаемых в активных ядрах галактик, со свойствами квазаров, т. е. квазизвездных радиоисточников, я позволю себе остановиться на последних.

Квазизвездные радиоисточники обладают в наиболее крайней и наи­более ярко выраженной форме теми свойствами, которыми активные ядра галактик отличаются от других ядер и других галактик. Как мы видели, этими свойствами являются высокая светимость, голубой цвет и наличие ультрафиолетового континуума, компактность, присутствие ярких эмис­сионных линий в спектрах. Прибавим сюда переменность светимости во времени, о которой не упоминалось.

Переменностью блеска отличаются многие из квазаров (возможно все, этот вопрос только изучается) и ядра галактик Сейферта, а может быть, и другие активные ядра. При этом наибольшая амплитуда изменения в обоих случаях наблюдается в ультрафиолете и в сантиметровых волнах.

Что касается интенсивного радиоизлучения, характерного для квазаров, то оно встречается у активных ядер галактик, даже у галактик типа Сей­ферта, сравнительно редко, хотя более слабое радиоизлучение, по-видимо­му, имеется у всех активных ядер.

Еще в 1965 г. американский астрофизик А. Сандедж вместе с сотруд­никами опубликовал наблюдательные данные, свидетельствующие о суще­ствовании квазизвездных внегалактических объектов высокой светимости, отличающихся от квазаров лишь тем, что они не показывают интенсивного радиоизлучения.

А. Сандедж тогда выразил мнение, что подобных квазизвездных опти­ческих источников примерно в пятьсот раз больше, чем квазаров. Анализ аргументов А. Сандеджа говорит о том, что, хотя такие, так сказать, опти­ческие квазары существуют, он резко переоценил их численность. Обсуж­дение этого вопроса в Бюракане свидетельствовало скорее о том, что число

^ ЯДРА ГАЛАКТИК

31

квазизвездных оптических объектов лишь в 50 раз превосходит число ква­
заров той же видимой яркости. Несколько месяцев назад было опубликова­
но новое исследование А. Сандеджа по этому вопросу. Оно убеждает в том,
что первоначальная оценка А. Сандеджа была преувеличена в пять раз
т. е., по грубому подсчету, оптических квазизвездных объектов примерно
в 100 раз больше, чем квазаров. .

По существу и те и другие можно объединить в один общий класс го­лубых квазизвездных объектов, небольшая часть которых испускает интен­сивное радиоизлучение.

Таким образом, и по этому признаку устанавливается сходство между активными ядрами галактик и квазизвездными голубыми объектами.

Надо заметить, что при обсуждении в Бюракане опубликованного в 1968 г. нового списка квазизвездных голубых объектов Сандеджа было об­наружено, что один из них — В340 — является но существу голубой га­лактикой, ранее открытой Б. Е. Маркаряном. Поскольку это галактика, а не квазизвездный объект, он не должен был входить в список Сандед­жа. Велико было наше удовлетворение, когда мы нашли примечание Сан­деджа к своему списку, в котором он отмечает, что объект, по-видимому, не является вполне точечным (звездообразным) и скорее представляет собой галактику.

Противоположного факта, когда квазизвездные объекты незаметно во­шли в списки Маркаряна, не было обнаружено. Следует иметь в виду, что в обоих случаях речь идет о труднейших наблюдениях весьма слабых объектов, получение спектров которых находится на границе возмож­ностей наших телескопов. Поэтому такое согласие результатов исследова­ний, проведенных на совершенно разных инструментах, является обнаде­живающим.

Что касается частоты встречаемости объектов различных типов на небе, то я приведу лишь две очень грубые оценки. Известно, что самый пол­ный современный звездный атлас — Паломарский фотографический атлас неба, включающий изображения объектов до 21-й видимой фотографиче­ской величины. Можно считать, что этот атлас должен содержать до одного или двух миллионов голубых квазизвездных объектов, до одного миллио­на галактик с ультрафиолетовым континуумом, среди которых не менее пятидесяти тысяч галактик Сейферта. Однако квазизвездные объекты могут наблюдаться на гораздо больших расстояниях, чем галактики с ультрафиолетовым континуумом. Поэтому мы их наблюдаем в гораздо большем объеме пространства. Если пересчитать те же численности на единичный объем пространства, то окажется, что галактики с ультрафио­летовым континуумом встречаются в десятки раз чаще, чем голубые ква­зизвездные объекты. Число же галактик с нормальными, неактивными ядрами в свою очередь на два порядка выше, чем число галактик с ультра­фиолетовыми ядрами.

Таким образом вырисовывается следующая схема общей классифика­ции внегалактических объектов по степени их компактности и по све­тимости ядер: галактики с нормальными ядрами без признаков значи­тельной активности последних, галактики с активными (возбужденными ядрами), среди которых можно выделить галактики Сейферта как объек­ты с весьма активными ядрами, голубые квазизвездные объекты, в число которых входят и квазары. При этом в каждой из этих групп имеются объекты с более или менее интенсивным радиоизлучением.

Активность ядер галактик и квазаров, как указывалось, выражается в выделении огромных количеств энергии. Причем это выделение проис­ходит часто в короткие сроки в виде взрывов, выбрасывания огромных сгустков и облаков газов, массы которых в миллионы раз превосходят

32

^ В. А. АМБАРЦУМЯН

массу Солнца, в виде возбуждения эмиссионных линий и ультрафиоле­тового континуума в окружающем ядро газе.

Понятно, что с момента обнаружения этих явлений встал вопрос об их причинах, об источниках огромных количеств энергии и вещества, осво­бождающихся в результате активности ядра. Было обращено внимание на то, что все рассматриваемые активные процессы в ядрах связаны с рассеянием выделенной в небольшом объеме энергии, с рассеянием ве­щества, с переходом вещества из более плотного состояния в разре­женное.

С другой стороны, все классические представления о происхожде­нии и эволюции космических тел и космических систем исходили из пред­положения о сгущении вещества, об образовании плотных тел из разре­женных газовых масс. Для сторонников таких классических взглядов ноток новых фактов, относящихся к активности ядер галактик, так же, как свидетельства в пользу того, что эта активность играет существен­ную роль в эволюции каждой галактики в целом, являлся большой не­ожиданностью и даже неприятностью, ибо говорил о развитии в проти­воположном направлении. Именно поэтому на первом этапе изучения этих явлений, т. е. до начала 60-х годов, большинство сторонников данно­го направления пыталось отрицать или по крайней мере игнорировать факты, относящиеся к активности ядер галактик.

Но еще в 1958 г., когда мне пришлось впервые выступить на Сольвей-ской конференции3 с докладом, посвященным в основном проблемам ак­тивности ядер, некоторые представители классического направления в кос­могонии предложили попытаться найти объяснение описанных нами явле­ний в терминах катастрофического сжатия большой газовой массы, окру­жавшей центр галактики, и последующего в результате этого взрыва.

Несмотря на всю искусственность объяснения повсеместно наблюда­емых явлений расширения и выбросов первоначальным катастрофиче­ским сжатием, эта гипотеза, получившая название гипотезы коллапса, несколько лет оживленно обсуждалась в науке.

Гипотеза коллапса встречается с рядом трудностей при попытке по­строения на ее основе даже самой грубой теории явления. Однако она должна быть отвергнута еще по другой причине. Дело в том, что ей противоречат факты, относящиеся к повторяемости взрывов. Несомненно, имели место по меньшей мере три последовательных взрыва в радио­галактике Центавр А, сопровождавшихся каждый раз выбросом пары ра-диоизлучающих облаков. По мнению английского астронома М. Райля су­ществуют аналогичные свидетельства в пользу последовательных вспы­шек также и в других радиогалактиках. Этой гипотезе противоречат, в частности, и явления выбросов относительно плотных газовых сгуст­ков — голубых галактик, а в особенности случаи, когда последовательно выбрасывалось несколько сгустков (галактика IC1182).

Наконец, согласно рассматриваемой гипотезе, мы должны были бы на­блюдать наряду с галактиками типа Сейферта во много раз большее число галактик, у которых вокруг центра сосредоточены гигантские газовые мас­сы, не обладающие сколько-нибудь заметным вращением. Этого вовсе не наблюдается.

Другая гипотеза исходит из представления, что ядро галактики на более раннем этапе развития являлось некоторой автономной звездной системой (состоявшей из сотен миллионов звезд), помещенной в центре

! Эти конференции созываются раз в три года в Брюсселе, и каждая из них по­свящается определенному разделу физических наук.

^ ЯДРА ГАЛАКТИК

33

галактики. Согласно законам динамики звездных систем такое большое звездное скопление должно было с течением времени терять свои члены и сокращаться в размерах. При достижении относительно малых разме­ров ядра (1 парсек в диаметре или меньше) должны были стать весьма частыми прямые физические столкновения между звездами при их дви­жении. Вне ядра в окружающей галактике такие столкновения настолько редки, что ими совершенно пренебрегают. Частые столкновения между звездами должны вести к ряду необычных явлений и, в частности, к об­нажению недр звезд, возникновению общей газовой оболочки из ободран­ных поверхностных слоев отдельных звезд, звездным взрывам и т. д. По мнению ряда авторов, при разработке такой гипотезы можно объяснить многие необычные явления, наблюдаемые в ядрах. Очевидно, эта гипотеза представляет собой более усовершенствованный вариант гипотезы коллапса. Нам кажется, что она заслуживает серьезного обсуждения, од­нако и она наталкивается на некоторые трудности, главным образом в свя­зи с необходимостью объяснения повторных взрывов и повторных направ­лений выбросов газовых сгустков.

Третья гипотеза, возникшая в Бюраканской обсерватории одновремен­но с зарождением самых первых представлений об активности ядер га­лактик, заключается в том, что выбрасываемая при взрывах материя была с самого начала в ядре и являлась частью некоего сверхмассив­ного гипотетического тела, составляющего сердцевину ядра. Согласно данной гипотезе ядро тем и отличается от других компактных звездных групп, например звездных скоплений, что оно содержит такое очень массивное и довольно плотное тело. Активность ядра — результат дея­тельности этого сверхмассивного тела. Масса тела может быть равна сотням миллионов или даже миллиардам масс Солнца. Поскольку пред­полагается, что такое тело может существовать в ядре длительное время, то повторяемость выбросов как радиоизлучающих облаков, так и газо­вых сгустков в виде небольших голубых галактик может таким образом найти естественное объяснение.

Сейчас делаются только первые попытки построения модели и теоре­тического изучения свойств такого сверхмассивного тела. Среди теоре­тических работ е этом направлении следует отметить исследования Л. М. Озерного (Физический институт им. П. Н. Лебедева АН СССР).

Эта гипотеза претендует на более широкое применение, предпола­гая, что само существование галактики вокруг ядра есть опять-таки ре­зультат активности сверхмассивного тела. Не ядро образовалось в уже существовавшей галактике, а галактика возникла вследствие активности ядра. Образование радиоизлучающих облаков, выброшенных из централь­ного ядра, является с этой точки зрения лишь одним из примеров кос­могонической активности ядра.

Тот факт, что спиральные рукава спиральных галактик выходят из ядра галактики, полностью гармонирует с такой картиной. А возмож­ность фрагментации ядра, и особенно последовательной фрагментации сверхмассивного тела, открывает перспективу объяснения кратных га­лактик и существования скоплений галактик. Многие характерные свой­ства скоплений галактик, и в первую очередь положительная энергия ряда скоплений, становятся вполне понятными на этой основе. Истори­чески дело происходило так, что именно данные о скоплениях галактик позволили нам развивать указанные представления, а факты, явившиеся оснот.ой для представлений об активности ядер и ставшие известными позже, только подтверждали их. Открытие квазаров, которые могут рас­сматриваться как изолированные ядра в их первоначальном состоянии, было как бы последним мазком, завершающим всю картину.

3 Вестник АН СССР, М 2

34

^ В. А. АМБАРЦУМЯН




Мы не хотим утверж­
дать, что изложенная выше
в грубых чертах гипотеза
не имеет своих трудно­
стей. Тем более она не
является сколько-нибудь
последовательной теорией.
Наоборот, мы допускаем
что ее можно будет прев­
ратить в правильную те­
орию, внеся некоторые
новые идеи и улучшения.
Но она позволила объеди­
нить огромное число фак­
тов, предвидеть многие
новые факты, а главное
указала на предвзятость
существовавших пред-

ставлений о конденсации галактик из межгалакти­ческого диффузного ве­щества.

Если принять эти представления, то мы должны сделать вывод, что ядро галактики, теряя на протяжении своей жиз­ни огромные массы веще­ства, претерпевая взрывы и даже иногда фрагмента­цию, должно с течением времени сильно меняться. Нет ничего неестественно­го в предположении, что на каком-то этапе первона­чальное ядро совершенно исчезает. И действитель­но, некоторые галактики вовсе лишены ядер. Прав­да, в одних случаях можно думать, что ядро невидимо вследствие отдаленности галактики. Но в других случаях, например у спут­ников нашей Галактики — Магеллановых Облаков, т. е. у очень близких к нам галактик, отсутствие ядер можно считать установлен­ным фактом.

При современном раз­витии наблюдательных средств астрономии труд­но производить строго ко­личественное изучение со­стояния ядер галактик. Пе-

^ ЯДРА ГАЛАКТИК

35

этому в Бюракане была разработана предварительная грубая пятибалльная классификация ядерных областей галактик. Оценка 5 соответствует слу­чаю наличия четкого звездообразного ядра, резко выделяющегося на фоне галактики. Оценка 1 является другим крайним случаем, когда нет ядра и даже его косвенных признаков. Баллы 2, 3 и 4 соответствуют промежуточ­ным случаям.

Как зависят эти оценки от таких характеристик галактик, как инте­гральная масса и удельный вращательный момент? На этот вопрос проли­вают некоторый свет две диаграммы, составленные на основе исследования центральных областей более пятисот галактик, выполненного С. Искуда-рян, А. Каллогляном, К. Саакян и Г. Товмасяном.

Если рассматривать первую диаграмму (рис. 12), в которую включе­но лишь небольшое число галактик с известными массами, можно лишь угадать, что балл ядра не определяется однозначно заданием массы и морфологического типа (в известной степени зависящего от удельного момента вращения). Из второй диаграммы (рис. 13), где по ординатам отложены не массы, но определяемые ими в первом приближении свети­мости, этот вывод становится совершенно ясным.

Итак наблюдения показывают, что характер ядра и устройство около­ядерной области не обуславливаются такими более или менее неизмен­ными во времени характеристиками галактик, как масса и вращательный момент. Между тем, казалось бы, именно последние два параметра и должны в основном определять все другие постоянные характеристики галактики. Эти данные находятся в прекрасном согласии с допущениями, что ядро испытывает огромные изменения во времени.

Нужно еще много работать, чтобы установить закономерности изме­нения состояния ядра, начиная от квазизвездного голубого объекта до полного исчезновения ядра.

*

В процессе современного развития астрономии, применения все более мощных оптических и радиотелескопов Вселенная совершенно изме­нилась в наших представлениях. Еще 30 лет назад она казалась нам спо­койным и даже торжественным миром почти неизменных неподвшкных звезд. Сегодня мы наблюдаем бурную деятельность тех же звезд, пережи­вающих грандиозные вспышки, быстро эволюционирующих и часто весь­ма активно взаимодействующих друг с другом. Открытие радиотуманно­стей и радиогалактик привело нас к представлениям о быстрых измене­ниях в еще более крупных масштабах. Сейчас мы уже обсуждаем вели­чественные процессы, происходящие в ядрах галактик и квазарах.

Вселенная в новых представлениях астрономов — это быстро и глубо­ко изменяющийся окружающий нас мир с богатейшим разнообразием жи­зненных процессов в космических телах. Я сознательно употребил слова «жизненные процессы», чтобы подчеркнуть активность, сложность, свое­образие и вместе с тем автономность многих процессов развития, которые мы изучаем. Новые телескопы, которые создаются в настоящее время, позволят нам проникнуть еще глубже в самую сущность этих про­цессов.

УДК 53S.SS

3*