Войти
Ложноцветное изображение ближайшей радиогалактики Центавр A, показывающий радио (красный), 24-микрометровый инфракрасный (зеленый) и 0,5-5 кэВ X- луч излучение (синий). Видно, что струя испускает синхротронное излучение во всех трех диапазонах волн. Лепестки излучают только в радиодиапазоне, поэтому выглядят красными. Газ и пыль в галактике испускают тепловое излучение в инфракрасном. Тепловое рентгеновское излучение горячего газа и нетепловое излучение релятивистских электронов можно увидеть в синих «оболочках» вокруг лепестков, особенно на юге (внизу). Радиогалактики и их родственники, радио -облачные квазары и блазары - это типы активных ядер галактик, которые очень светятся в радиоволнах со светимостью до 10 W между 10 МГц и 100 ГГц. Радиоизлучение связано с синхротронным процессом. Наблюдаемая структура радиоизлучения определяется взаимодействием между двойными струями и внешней средой, модифицированным эффектами релятивистского излучения. родительские галактики - это почти исключительно большие эллиптические галактики. Радиогромкие активные галактики могут быть обнаружены на больших расстояниях, что делает их ценным инструментом наблюдательной космологии. В последнее время было выполнено много работ по влиянию этих объектов на межгалактическую среду, особенно на группы и скопления галактик.
Радиоизлучение от радиоактивных активных галактик составляет синхротронное излучение, о чем свидетельствует его очень гладкая, широкополосная природа и сильная поляризация. Это означает, что радиоизлучающая плазма содержит, по крайней мере, электроны с релятивистскими скоростями (коэффициенты Лоренца ~ 10) и магнитные поля. Поскольку плазма должна быть нейтральной, она также должна содержать либо протоны, либо позитроны. Невозможно определить содержание частиц непосредственно из наблюдений синхротронного излучения. Более того, невозможно определить плотности энергии в частицах и магнитных полях из наблюдения: одна и та же излучательная способность синхротрона может быть результатом нескольких электронов и сильного поля, или слабого поля и большого количества электронов, или чего-то среднего. Можно определить условие минимальной энергии, которое представляет собой минимальную плотность энергии, которую может иметь область с заданным коэффициентом излучения, но в течение многих лет не было особых причин полагать, что истинные энергии были где-то рядом с минимальными энергиями.
Сестринский процесс по отношению к синхротронному излучению - это обратный комптоновский процесс, в котором релятивистские электроны взаимодействуют с окружающими фотонами и томсон рассеивают их до высоких энергий. Обратно-комптоновское излучение от радио-громких источников оказывается особенно важным в рентгеновских лучах, и, поскольку оно зависит только от плотности электронов, обнаружение обратного комптоновского рассеяния позволяет получить в некоторой степени зависящую от модели оценку плотности энергии в частицах и магнитных полях. Это использовалось, чтобы доказать, что многие мощные источники на самом деле очень близки к условию минимальной энергии.
Синхротронное излучение не ограничивается радиоволнами: если радиоисточник может ускорять частицы до достаточно высоких энергий, особенности, обнаруживаемые в радиоволнах, также могут быть видны в инфракрасном, оптический, ультрафиолетовый или даже рентгеновский. В последнем случае ответственные электроны должны иметь энергию, превышающую 1 ТэВ при типичных значениях напряженности магнитного поля. Опять же, поляризация и непрерывный спектр используются, чтобы отличить синхротронное излучение от других процессов излучения. Джеты и горячие точки - обычные источники высокочастотного синхротронного излучения. С помощью наблюдений трудно отличить синхротронное излучение от инверсного комптоновского излучения, что делает их предметом постоянных исследований.
Процессы, известные под общим названием ускорение частиц, порождают совокупности релятивистских и нетепловых частиц, которые вызывают синхротронное и инверсно-комптоновское излучение. Ускорение Ферми - один из возможных процессов ускорения частиц в радиогромких активных галактиках.
Псевдоцветное изображение крупномасштабной радиоструктуры радиогалактики FRII 3C98. Обозначены лепестки, джет и горячая точка. Радиогалактики и, в меньшей степени, радиогромкие квазары отображают широкий спектр структур на радиокартах. Наиболее распространенные крупномасштабные структуры называются лепестками: это двойные, часто довольно симметричные, примерно эллипсоидальные структуры, расположенные по обе стороны от активного ядра. Значительное меньшинство источников с низкой светимостью имеет структуры, обычно известные как шлейфы, которые намного более вытянуты. Некоторые радиогалактики показывают одну или две длинные узкие детали, известные как джеты (наиболее известным примером является гигантская галактика M87 в скоплении Девы ), исходящие непосредственно от ядра и идущие к лепесткам.. С 1970-х годов наиболее широко принятая модель заключалась в том, что лепестки или шлейфы питаются лучами высокоэнергетических частиц и магнитным полем, исходящими от активного ядра. Считается, что струи являются видимыми проявлениями лучей, и часто термин струя используется для обозначения как наблюдаемой особенности, так и нижележащего потока.
Псевдоцветное изображение крупномасштабной радиоструктуры радиогалактики FRI 3C31. Маркируются струи и шлейфы. В 1974 радиоисточники были разделены Fanaroff и Riley на два класса, теперь известные как Fanaroff и Riley Class I (FRI)., и Класс II (FRII). Первоначально различие проводилось на основе морфологии крупномасштабного радиоизлучения (тип определялся расстоянием между наиболее яркими точками радиоизлучения): источники FRI были наиболее яркими к центру, а источники FRII были наиболее яркими по краям.. Фанарофф и Райли заметили, что существует достаточно резкое разделение светимости между двумя классами: FRI имеют низкую светимость, FRII - высокую светимость. При более подробных радионаблюдениях оказывается, что морфология отражает способ переноса энергии в радиоисточнике. Объекты FRI обычно имеют яркие струи в центре, тогда как FRII имеют слабые струи, но яркие горячие точки на концах долей. FRII, по-видимому, способны эффективно транспортировать энергию к концам лепестков, в то время как лучи FRI неэффективны в том смысле, что они излучают значительное количество своей энергии во время движения.
Более подробно, разделение FRI / FRII зависит от среды родительской галактики в том смысле, что переход FRI / FRII появляется при более высоких светимостях в более массивных галактиках. Известно, что струи FRI замедляются в областях, в которых их радиоизлучение наиболее ярко, и поэтому кажется, что переход FRI / FRII отражает, может ли струя / луч распространяться через родительскую галактику без замедления до субрелятивистских скоростей за счет взаимодействия с межгалактической средой. Из анализа эффектов релятивистского излучения известно, что струи источников FRII остаются релятивистскими (со скоростью не менее 0,5c) до концов лепестков. Горячие точки, которые обычно наблюдаются в источниках FRII, интерпретируются как видимые проявления толчков, образовавшихся при быстрой и, следовательно, сверхзвуковой струе (скорость звука не может превышать c / √ 3) резко обрывается в конце источника, и их спектральное распределение энергии согласуется с этой картиной. Часто наблюдаются множественные горячие точки, отражающие либо продолжающийся отток после толчка, либо движение точки прекращения струи: общую область горячей точки иногда называют комплексом горячих точек.
Названия даны нескольким конкретным типам радиоисточников в зависимости от их радиоструктуры:
Самые большие радиогалактики имеют лепестки или шлейфы, простирающиеся до масштабов мегапарсек (подробнее в случае гигантских радиогалактик, подобных 3C236 ), подразумевая временной масштаб для роста от десятков до сотен миллионов лет. Это означает, что, за исключением случая очень маленьких, очень молодых источников, мы не можем наблюдать динамику радиоисточников напрямую, и поэтому должны прибегать к теории и выводам из большого числа объектов. Ясно, что радиоисточники должны начинаться с малого, а затем увеличиваться. В случае источников с лепестками динамика довольно проста: струи питают лепестки, давление лепестков увеличивается, и лепестки расширяются. Скорость их расширения зависит от плотности и давления внешней среды. Фаза с самым высоким давлением внешней среды и, следовательно, наиболее важная фаза с точки зрения динамики - это диффузный горячий газ, излучающий рентгеновские лучи. Долгое время предполагалось, что мощные источники будут расширяться сверхзвук, проталкивая скачок через внешнюю среду. Однако рентгеновские наблюдения показывают, что внутренние лепестковые давления мощных источников FRII часто близки к внешним тепловым давлениям и ненамного превышают внешние давления, которые могут потребоваться для сверхзвукового расширения. Единственная известная система с однозначно сверхзвуковым расширением состоит из внутренних долей маломощной радиогалактики Центавр A, которые, вероятно, являются результатом сравнительно недавней вспышки активного ядра.
Эти радиоисточники почти повсеместно обнаруживаются в эллиптических галактиках, хотя есть одно хорошо задокументированное исключение, а именно NGC 4151. Некоторые сейфертовские галактики демонстрируют слабые, маленькие радиоджеты, но они не обладают достаточной радиосветимостью, чтобы их можно было классифицировать как радиогромкие. Имеющаяся информация о родительских галактиках радиогромких квазаров и блазаров предполагает, что они также находятся в эллиптических галактиках.
Существует несколько возможных причин такого сильного предпочтения эллиптических тренажеров. Один из них заключается в том, что эллиптические модели обычно содержат самые массивные черные дыры и поэтому способны питать самые яркие активные галактики (см. светимость Эддингтона ). Другой заключается в том, что эллиптические аппараты обычно обитают в более богатой окружающей среде, обеспечивая крупномасштабную межгалактическую среду, ограничивающую радиоисточник. Возможно также, что большее количество холодного газа в спиральных галактиках каким-то образом нарушает или подавляет формирующуюся струю. На сегодняшний день нет однозначного объяснения наблюдений.
Различные типы радиоактивных активных галактик связаны едиными моделями. Ключевое наблюдение, которое привело к принятию унифицированных моделей мощных радиогалактик и радиогромких квазаров, заключалось в том, что все квазары, кажется, излучаются в нашу сторону, показывая сверхсветовое движение в ядрах и яркие струи на стороне ближайший к нам источник (эффект Лэйнга-Гаррингтона :). Если это так, то должна быть группа объектов, которые не направляются в нашу сторону, и, поскольку мы знаем, что на доли не влияет излучение, они будут выглядеть как радиогалактики, при условии, что ядро квазара скрыто, когда источник виден. бок о бок. Сейчас принято считать, что по крайней мере некоторые мощные радиогалактики имеют «скрытые» квазары, хотя неясно, будут ли все такие радиогалактики квазарами, если смотреть под прямым углом. Точно так же маломощные радиогалактики являются вероятным родительским населением для объектов BL Lac.
Радиогалактики и радиогромкие квазары широко использовались, особенно в 80-х и 90-х годах, для поиска далеких галактик: путем выбора на основе радиоспектра и последующего наблюдения за родительской галактикой можно было находить объекты с большим красным смещением с умеренными затратами по времени телескопа. Проблема с этим методом заключается в том, что множество активных галактик могут не быть типичными для галактик с их красным смещением. Точно так же радиогалактики в прошлом использовались для поиска далеких скоплений, излучающих рентгеновское излучение, но теперь предпочтение отдается несмещенным методам отбора. Самая далекая радиогалактика, известная в настоящее время, - TGSS J1530 + 1049, с красным смещением 5,72.
Были предприняты некоторые попытки использовать радиогалактики в качестве стандартные линейки для определения космологических параметров. Этот метод сопряжен с трудностями, поскольку размер радиогалактики зависит как от ее возраста, так и от окружающей среды. Однако при использовании модели радиоисточника методы, основанные на радиогалактиках, могут дать хорошее согласие с другими космологическими наблюдениями.
Расширяется ли радиоисточник сверхзвуковым путем, он должен действовать против внешней среды при расширении, и поэтому он вкладывает энергию в нагрев и подъем внешней плазмы. Минимальная энергия, запасенная в лепестках мощного радиоисточника, может составлять 10 Дж. Нижний предел работы такого источника с внешней средой в несколько раз больше. Значительная часть нынешнего интереса к радиоисточникам сосредоточена на том эффекте, который они должны оказывать в центрах скоплений в наши дни. Не менее интересным является их вероятное влияние на формирование структуры в течение космологического времени: считается, что они могут обеспечить механизм обратной связи для замедления образования наиболее массивных объектов.
Широко используемая терминология неудобна сейчас, когда принято считать, что квазары и радиогалактики являются одними и теми же объектами (см. выше). Аббревиатура DRAGN («Двойной радиоисточник, связанный с галактическим ядром») была придумана. но пока не взлетел. Внегалактический радиоисточник является обычным явлением, но может привести к путанице, так как многие другие внегалактические объекты обнаруживаются в радиообзорах, особенно галактики со вспышками звездообразования. Радиогромкая активная галактика однозначна, и поэтому часто используется в этой статье.
