МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ім. Т. Г. Шевченка
Фізичний факультет, кафедра астрономії
Курсова робота
ТЕМА: Галактика NGC 1275 - ядро скупчення галактик в Персея
Підготував: студент IV курсу
Група 114 АФ
Мазур В. І.
Київ 2010
План
Введення
Відкриття та спостереження об'єкта NGC 1275
Висновки
Література
Введення
Менше 70 років відомо про існування зовнішніх по відношенню до нашої Галактиці зоряних систем - галактик, але і за цей короткий проміжок часу астрономам вдалося багато чого дізнатися про ці дивовижні об'єктах, у світі яких наш розкішний Чумацький Шлях виявився рядовий спіральною галактикою. Спостерігаються ж галактики вже більше 200 років. Довгий час їх не відрізняли від газових туманностей і скупчень зірок, так як всі вони в невеликі старі телескопи представлялися туманними цятками. У наш час при дослідженні з крупними телескопами і новими апаратурними можливостями в різних діапазонах довжин хвиль: рентгенівському, ультрафіолетовому, оптичному, інфрачервоному, радіо виявилося можливим виявити цікаві властивості цих об'єктів. Більш того, весь набір відомостей, які були отримані при спостереженнях, дозволяє будувати обгрунтовані гіпотези про походження і еволюцію галактик. Дані спостережень, наприклад, з усією визначеністю показують, що галактики не ізольовані в просторі - відбувається постійний обмін речовиною між галактиками і навколишнім середовищем, а часто і між сусідніми галактиками. Найбільш активно обмінюються речовиною так звані взаємодіючі галактики, між якими існують перемички, що складаються із зірок і міжзоряної речовини. Дуже цікавими в цьому плані є галактики-ядра скупчень галактик. Виявилося, що їх привілейоване положення в центрі скупчення забезпечує їм цілком виняткові можливості для еволюції в порівнянні з рядовими членами скупчень і тим більше в порівнянні з галактиками, розташованими поза скупчень, так званими галактиками поля. Познайомимося коротко з однієї такої чудової галактикою - ядром скупчення галактик в Персея і на її прикладі з'ясуємо деякі можливості, які представляє природа для еволюції ядрам скупчень галактик.
Наша героїня є найяскравішої галактикою в сузір'ї Персея в радіодіапазоні, тому вона отримала назву Персей А, і найяскравішої галактикою в цьому ж сузір'ї у рентгенівській області спектру і друга її назва Персей Х-1. Такого роду назви присвоюють, як нагороди, найбільш яскравим джерелам світіння в тій чи іншій області спектра.
Галактика Персей А = Персей Х-1 була відкрита як маленьке туманна плямочка на початку минулого століття директором Копенгагенської обсерваторії д'Аррестом. У той час вели реєстрацію всіх туманних об'єктів на небі, щоб не сплутати їх з кометами, які в ті часи активно спостерігалися, але які не мають постійного місця на небі. Про нас цікавить відкритті згадується в передмові до "Загальному каталог туманностей і Скупчень зірок" Джона Гершеля, опублікованому в 1864 р., де вона значиться під N 675. Але назву, зазначену у заголовку, яке вона носить і по сьогоднішній день, галактика отримала по "Новому Загальним каталог туманностей і Скупчень зірок" Драйєра, виданим у 1888 р. (New General Catalogue або NGC) - NGC 1275. Там же наведено її перша характеристика - "маленька слабка туманність". Ні за розміром, ні за яскравістю вона не могла конкурувати з яскравими протяжними туманностями типу туманності Оріона. Але слабких і маленьких "туманностей" до каталозі NGC була більшість.
Відкриття та спостереження об'єкта NGC 1275
У 1905 р. Вольф в Німеччині виявив скупчення туманностей в сузір'ї Персея, яке групувалося якраз навколо NGC 1275. У 20 роках нашого століття було відкрито червоне зміщення у спектрах випромінювання багатьох слабких туманностей каталогу NGC. Було показано, що туманності, що володіють червоним зміщенням в сотні, тисячі і десятки тисяч км / с - це гігантські зоряні системи - галактики, розташовані далеко за межами нашого Чумацького Шляху. Туманність NGC 1275 і навколишні її туманності скупчення в Персеї теж виявилися далекими галактиками. Променева швидкість, яка відповідає їх червоного зсуву, була приблизно однаковою для всіх членів скупчення близько 5000 км / с. Це відкриття підтверджувало, що видиме на небі скупчення туманностей є дійсно скупченням галактик, всі члени якого розташовані приблизно на однаковій відстані від спостерігача, тобто що вони становлять скупчення не тільки в проекції на небесну сферу, але також і в просторі. У каталозі багатих скупчень галактик Ейбла скупчення галактик Персея отримало номер А 426.
Численні спостереження, проведені в широкому діапазоні довжин хвиль від радіо до рентгена, показали, що галактика NGC 1275 за багатьма характеристиками відрізняється від більшості нормальних галактик. Тепер передбачається, що ці відхилення можуть бути обумовлені її центральним становищем в багатому скупченні галактик, ядром якого вона є. У 1931 р. Хаббл і Гьюмасона писали, що в першому наближенні вона має еліптичну форму, "яка зламалася без освіти спіральних гілок". На рис. 1 на північно-заході в цілому еліптичної системи видно структури, не характерні для галактик еліптичного типу, вони нагадують частини спіральних гілок. Бааде і Мінковський, які багато часу присвятили вивченню цієї галактики, класифікували її як пару спіральних галактик, одна з яких раннього, а друга пізнього типу. Спектральні спостереження, проведені Мінковським, привели його до відкриття, яке полягало в виявленні в галактиці двох систем газу, променева швидкість однієї з них дорівнювала приблизно променевої швидкості центральної галактики, тобто 5200 км / с, а променева швидкість другої системи газу була на 3000 км / д більше, тобто 8200 км / с. Мінковський показав, що газ низької швидкості покриває все тіло галактики, а газ високої швидкості займає її північно-західну частину.
На рис. 2 представлена фотографія системи газу низькій швидкості, отримана Ліндсей за допомогою інтерференційного фільтра, смуга пропускання якого була центрована лінію Η α цього газу. За структурою газ нагадує відому Крабовидную туманність. Бербіджі виміряли швидкості згустків газу низькій швидкості на різних відстанях від ядра галактики і отримали дивовижний результат, який полягав у тому, що розподіл швидкостей згустків газу такі ж, як було б при вибуху, який стався в ядрі галактики. Але точно такий же розподіл швидкостей буде мати газ, що впадає в ядро галактики. І Мінковський, і Бербіджі та інші дослідники довгий час дотримувалися думки, що в ядрі галактики NGC 1275 стався вибух.
Спектральні дослідження Маньківського показали, що газ високої швидкості входить в комплекси зоряної природи, в яких можна спостерігати поглинаючу середу. Поглинаючі деталі, природно, розташовуються до спостерігача ближче, ніж яскраві частині центральної еліптичної галактики. Ця обставина дозволила Мінковським зробити припущення, що газ і пил системи високої швидкості належать спіральній галактиці пізнього типу, а газ низької швидкості, - спіральній галактиці раннього типу. Своє припущення Мінковський обгрунтував тим, що спектр галактики NGC 1275 поза її ядра виявився типу А. Такий спектральний тип зазвичай мають тільки спіральні або неправильні нормальні галактики. Еліптичні галактики, до яких належить і NGC 1275, як правило, мають спектральний тип зоряної складової G або К.
У 1973 р. було опубліковано цікаве відкриття Юнга, Робертса та Саслау: газ високої швидкості був виявлений в поглинанні по лінії нейтрального водню, що спостерігається в радіодіапазоні на хвилі 21 см. Спектральні спостереження показали, що на тлі безперервного радіоспектра галактики NGC 1275 є сильне поглинання в лінії нейтрального водню на швидкості 8100 км / с. Це важливе відкриття підтверджувало припущення Мінковського про те, що газ високої швидкості розташовується між еліптичної галактики і спостерігачем. У цьому випадку велика позитивна швидкість газу високої швидкості повинна інтерпретуватися не як викид з ядра, а як падіння на центральну галактику. Пізніші спостереження показали, що найбільш щільні частини газу, що поглинає в лінії 21 см, розташовуються якраз проти центру галактики. Кутовий розмір області, зайнятої щільним газом близько 6 "х 9" або приблизно 2х3 кпк.
Явище двох систем газу вивчався досить активно. Для пояснення його і пов'язаних з ним особливостей галактики, поряд з гіпотезою вибуху, обговорювалися й інші гіпотези: зіштовхуються галактики, випадкове накладення двох галактик. Серед прихильників гіпотези Мінковського про зіштовхуються галактиках є два табори: одні вважають, що швидка галактика генетично пов'язана з еліптичною, а інші - що вона інтервентка - прилетіла з далеких областей скупчення Персея. Слабким місцем гіпотези галактик, що зіштовхуються є відсутність ядра швидкої галактики. Суперечки про природу структурних особливостей галактики NGC 1275 і їх походження тривають. Зовсім недавно англійські вчені виявили світіння іонізованого кисню, за формою нагадує міст, спрямований від ядра галактики в бік газу високій швидкості. Цей виступ відразу був інтерпретований як свідчення взаємодії, що має місце між двома системами газу. Вчені підрахували, що якщо газ високої швидкості був викинутий з ядра центральної галактики, то це сталося 5.10 6 років тому.
Тут у короткій замітці важко перелічити всі особливості галактики NGC 1275. Але не можна не згадати про одну з найважливіших - вона містить ядро сейфертовських типу. Про сейфертовських ядрах написано дуже багато. Дослідженню цих ядер приділяється велика увага. Справа в тому, що такі ядра випромінюють величезну енергію: жовтня 1943 -10 45 ерг / с, джерела поповнення якої до цих пір ще не виявлені. Спектральні дослідження показали, що в ядрах є газові освіти, які рухаються зі швидкостями в десятки тисяч км / с. Як безперервне, так і лінійчатий випромінювання таких ядер галактик змінюється з часом. Причому час змінності іноді досягає дуже малих значень: помітні зміни відбуваються в ядрі всього за кілька діб, а іноді навіть і за кілька годин. Всі ці дані говорять про те, що сейфертовських ядра, а серед них і ядро галактики NGC 1275 - це котли, де реалізуються величезні запаси енергії. Питання полягає в тому, звідки береться ця енергія.
Багато дослідників, як вже було сказано ви-вище, схильні вважати, що особливості галактики NGC 1275, в тому числі і її сейфертовських ядро, обумовлені енергією, що поглинається з навколишнього галактику скупчення. Розглянемо деякі особливості скупчення галактик Персея, які дають підстави для таких міркувань.
Скупчення галактик в Персея - одне з найбагатших найближчих до нас скупчень. На рис. 3 наведена фотографія його центральній частині. На ній номерами відзначені найбільш яскраві члени скупчення. Скупчення досліджувався в усіх діапазонах довжин хвиль від радіо до рентгена. В оптичній області спектра одними з перших його вивчали Хаббл і Гьюмасона.
Вони повідомили, що скупчення складається приблизно з 500 галактик, розсіяних по площі розміром близько 2
°. Центр скупчення знаходиться поблизу галактики NGC 1275, яка є найяскравішої галактикою скупчення. Інтервал фотографічних зоряних величин галактик скупчення m pg укладений в межах від 13,8 ої до 19 т. Зоряна величина галактики NGC 1275 m pg = 13,8 m. На малюнку добре видно, що за яскравістю ця галактика виділяється серед інших членів скупчення. Скупчення має витягнуту форму. Приблизний розмір скупчення - 1,4 ° х 0,9 ° або 1,8 х 1 Мпк. Пізніші дослідження показали, що розмір скупчення принаймні в 2-3 рази більше і містить воно тисячі членів. Дослідження променевих швидкостей галактик - членів
скупчення дозволило оцінити гравітаційну масу скупчення. У радіусі 3 ° ця маса дорівнює 3,4 · 10 Ι5 М Θ.
Дуже цікаві результати отримали Арп і Бертола. Вони застосували методику, яка дозволила виявити слабосветящіеся освіти одночасно з яскравими центральними областями галактик скупчення. На їх знімках розміри галактик виявилися набагато більше, ніж на звичайних фотографіях. На рис. 4, запозичений із їх роботи, видно центральна частина скупчення галактик в Персея.
Арп і Бертола вважають, що слабке світіння між галактиками походить від слабких зірок, які оточують галактики: галактики розташовуються не в порожньому просторі, а в просторі, зайнятому слабкими зірками. Але галактики пов'язані між собою не тільки зірками. Між ними спостерігається іонізованний газ. Про це свідчать спостереження в радіо і рентгенівському діапазонах довжин хвиль.
Радіовипромінювання скупчення Персея досліджувалося багатьма авторами. Милі та Перола призвели карту ізофот скупчення на хвилі 20 см (рис. 5). Видно, що найбільш яскрава частина радіовипромінювання зосереджена біля центру скупчення - якраз в тому місці, де знаходиться галактика NGC 1275. Радіовипромінювання має виступ, спрямований на Захід убік галактики NGC 1272.
Радіовипромінювання скупчення галактик обумовлено світінням релятивістських електронів, що рухаються в міжгалактичних магнітних полях. Існує ряд моделей, що описують походження цих електронів в міжгалактичному просторі. Розглянемо модель, запропоновану Хіллом і Лонгейером. Згідно з їхньою гіпотезою релятивістські електрони,
забезпечують світіння в міжгалактичному просторі скупчень галактик, утворюються в членах скупчення, активних у радіодіапазоні, а потім розтікаються з цих галактик у формі потоків плазми. Радіоактивних галактик у скупченні може бути не скільки. Це вірно і для скупчення Персея. Витікання плазми з галактик призводить до того, що радіогало окремих галактик втрачають свою індивідуальність, а плазма з підвищеною інтенсивністю заповнює всі скупчення або його частину. Розміри потоків і їх стабільність визначаються не тільки ступенем активності членів скупчення, але також і розподілом великомасштабних магнітних полів та щільності міжгалактичного газу. Зокрема, скупчення галактик в Персеї має радіогало, що концентрується в точності близько галактики NGC 1275, і тому передбачається, що воно генерується космічними променями, що випливають, в основному з цієї галактики. Наявність радіогало по гіпотезі Хілла і Лонгейера підтверджує існування потоків плазми в міжгалактичної середовищі скупчень галактик.
Поширення космічних променів у просторі супроводжується енергетичними втратами. Релятивістські електрони витрачають свою енергію на синхротронне випромінювання, розсіяння на кванти світла, на звичайне гальмівне випромінювання, іонізацію атомів у середовищі, де вони поширюються, на адіабатичне розширення. Усі ці втрати зростають зі зростанням енергії електрона, тобто більш енергійні електрони втрачають більше енергії, ніж менш енергійні. Тому виникає ефект "старіння" енергетичного спектру електронів, який полягає в тому, що в спектрах випромінювання пучків електронів різних енергій утворюється "завал" інтенсивності на високих частотах: спектральний індекс з часом стає більш крутим.
Гіпотеза про те, що релятивістські електрони втікають в міжгалактичний простір скупчень з радіоактивних галактик підтверджується і на прикладі скупчення Персея. Підтвердження полягає не тільки в тому, що радіогало розташовується навколо галактики NGC 1275, але також і іншими фактами. На рис. 6 представлена карта радіоджерела, витягнутої форми і пов'язаного з самою галактикою NGC 1275, що знаходиться саме в середині внутрішньої ізофоти рис. 5. Розмір радіоджерела дорівнює Приблизно 30 "або 10 КПС. Представлена карта отримана в Англії на радіоінтерферометра на хвилі 73 см при просторовому вирішенні 1,2". Динамічний діапазон або ставлення самих яскравих і малих інтенсивностей 10 квітня: 1. Видно, що радіоджерело представляє собою витягнуте утворення, в якому виділяються найбільш яскраві деталі, позначення ченние цифрами 1-3. Підрахунки показали, що за яскравістю деталі 1 - 3 становлять лише 5% від загальної яскравості 30 "радіоджерела. Інші 95% припадають на яскраве радіоядро галактики.
На думку більшості авторів витягнута форма радіоджерела галактики NGC 1275 (не ядра) свідчить про те, що радіооблака викидаються з ядра галактики в двох напрямках на північний захід і південний схід. Це припущення підтверджується й іншими даними. Деталь 1 ближче за всіх розташована до ядра і має найбільшу яскравість з названих трьох деталей.
Спектральний індекс цієї радіодеталі дорівнює 0,6 (радіоспектр плоский). Всі ці факти свідчать про відносну молодості деталі 1. У той же час деталь 3 розташована далі від ядра, має меншу яскравість і спектральний індекс її випромінювання дорівнює 1,6 (радіоспектр крутий). Звідси був зроблений висновок, що радіовипромінюючі хмари електронів на південно-сході містять в середньому більш енергійні електрони, ніж хмари, розташовані на північному заході. Як ми бачили раніше, перші вважаються більш молодими, ніж другі, тому що більш енергійні електрони висвічуються швидше, ніж менш енергійні. Всі наведені факти дозволяють зробити припущення, що активність ядра галактики NGC 1275 в напрямку на південь останнім часом була більше виражена, ніж на північ.
Цікаво, що деталі, аналогічні деталям 1 - 3 радіоджерела галактики NGC 1275 спостерігаються і в інших витягнутих радіоструктурах центральних об'єктів в скупченнях галактик в Волоссі Вероніки і Діві, і всі вони разом задовольняють загальної залежності яскравості деталі від її розміру. Наявність такої залежності говорить про загальну природу всіх цих деталей, що складають витягнуті структури центральних радіоджерел скупчень галактик.
Не менш цікаві дані отримані для скупчення галактик в Персеї у рентгенівській області спектру. Відкриття рентгенівського випромінювання в Персеї було зроблено на ракеті "Аероби", запущеної 1 березня 1970 Спостереження велися у чотирьох інтервалах енергії: 0,5 - 1,0, 1,0 - 1,5, 1,5 - 2,5 і 2,5 - 10 кеВ. Знову відкритий рентгенівський джерело одержало назву Персей Х-один. Потім спостереження цього джерела були проведені на супутнику Ухуру і на ракетах.
Діапазон спостережуваних енергій розширився до 53 - 93 кеВ. Поліпшувався і кутове дозвіл при спостереженнях. На орбітальному телескопі "Коперник" спостереження велися в області енергій 0,5 - 3,0 кеВ, просторовий дозвіл було 1,8 '(рис. 7). Переривчастою лінією показано положення оптичного центру скупчення. Легко помітити, що розподіл яскравості рентгенівського випромінювання в скупченні Персея слід мабуть розподілу галактик біля центру скупчення.
У результаті тривалих спостережень в різних діапазонах енергій вдалося отримати розподіл енергії в спектрі випромінювання скупчення Персея в рентгенівській області. Рентгенівський спектр добре представляється плавною кривою і схожий на спектр теплового гальмівного випромінювання гарячого газу, що має температуру ~ 6,6 · 10 7 градусів. Важливою особливістю рентгенівського спектру скупчень галактик є лінії випромінювання високоіонізованних елементів, найяскравіша з яких лінія Fe XXVI розташована в області енергій 6 кеВ. Свічення цієї лінії в скупченнях галактик передбачив Шкловський в 1973 р., об виявленні її було опубліковано в 1976 р. Наявність емісійних ліній високої іонізації свідчить не тільки про високу температуру речовини в скупченні, але також і про його високому насиченні важкими елементами. Подальші дослідження показали, що в рентгенівському спектрі скупчень галактик спостерігаються емісійні лінії високих ступенів іонізації елементів кремнію, сірки та ін Було оцінено вміст заліза в газі скупчення. Воно виявилося всього наполовину менше, ніж в околицях Сонця. Цей факт свідчить про те, що газ скупчення безперервно поповнюється речовиною, що випливають з галактик, де він встиг збагатитися важкими елементами, що утворюються в процесі еволюції зірок.
Таким чином, радіо і рентгенівські дослідження скупчення Персея показали, що плазма, збагачена важкими елементами, постійно витікає з галактик - членів скупчення і заповнює простір між галактиками, змішуючись тут з газом, який залишився від епохи формування галактик. У загальних рисах рентгенівська карта показує розподіл густини газу в скупченні Персея. На супутнику Ейнштейн були поставлені прилади високої чутливості і високого просторового дозволу - до 4 ". Ці спостереження і успіхи теоретичних розробок дозволили отримати свідоцтва того, що температура газу, що випромінює в рентгенівській області спектру, змінюється усередині скупчення Персея. Поблизу центру скупчення близько галактики NGC 1275 температура нижче, ніж у більш віддалених областях. Ці факти послужили підставою для гіпотези "охолоджуючі газу" в скупченнях галактик. Відповідно до цієї гіпотези газ зі скупчення тече на центральну галактику і при цьому прохолоджується. Прихильники цієї гіпотези вважають, що саме потік міжгалактичного газу скупчення Персея створив умови для утворення поблизу галактики NGC 1275 газових утворень типу джгутів, схожих на джгути Крабовидної туманності. втеканіе газу зі скупчення на галактику пояснюється і її незвично блакитний колір, невластивий для галактик еліптичного типу. Додаткові порції газу створили умови для великого "вибуху зореутворення", яким охоплена вся центральна частина галактики NGC 1275. Завдяки цьому "вибуху" галактику стали називати "зростаючою галактикою". Її спектр поза ядра як раз свідчить про наявність тут великої кількості молодих зірок, в середньому його оцінюють класом А. Розрахунки показали, що в діаметрі 13 КПС в NGC 1275 має бути 10 6 зірок раннього спектрального типу 07. Вік цих зірок всього 10 7 років. Швидкість зореутворення в цій області галактики - 30 мас Сонця в рік.
Висновки
Все вищевикладене показує, що центральне положення галактики в багатому скупченні галактик Персея дозволяє їй обмінюватися речовиною з навколишнім скупченням, що істотно впливає на хід еволюції цієї галактики. Дана тема досить актуальна на день нинішній огляду на те, що багатопланове й багатогранне дослідження подібних структур Всесвіту допомагає пролити світло на їх походження і еволюцію. Ці дослідження також актуальні і для віддаленого майбутнього. Знання того, куди ми летимо і що там є полегшить завдання пілотам кораблів того часу.
Література
1. І. М. Проник. Дослідження туманностей і галактик. М., 1991
2. Астрономічний календар на 1991 рік. М., "Наука", 1990
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ім. Т. Г. Шевченка
Фізичний факультет, кафедра астрономії
Курсова робота
ТЕМА: Галактика NGC 1275 - ядро скупчення галактик в Персея
Підготував: студент IV курсу
Група 114 АФ
Мазур В. І.
Київ 2010
План
Введення
Відкриття та спостереження об'єкта NGC 1275
Висновки
Література
Введення
Менше 70 років відомо про існування зовнішніх по відношенню до нашої Галактиці зоряних систем - галактик, але і за цей короткий проміжок часу астрономам вдалося багато чого дізнатися про ці дивовижні об'єктах, у світі яких наш розкішний Чумацький Шлях виявився рядовий спіральною галактикою. Спостерігаються ж галактики вже більше 200 років. Довгий час їх не відрізняли від газових туманностей і скупчень зірок, так як всі вони в невеликі старі телескопи представлялися туманними цятками. У наш час при дослідженні з крупними телескопами і новими апаратурними можливостями в різних діапазонах довжин хвиль: рентгенівському, ультрафіолетовому, оптичному, інфрачервоному, радіо виявилося можливим виявити цікаві властивості цих об'єктів. Більш того, весь набір відомостей, які були отримані при спостереженнях, дозволяє будувати обгрунтовані гіпотези про походження і еволюцію галактик. Дані спостережень, наприклад, з усією визначеністю показують, що галактики не ізольовані в просторі - відбувається постійний обмін речовиною між галактиками і навколишнім середовищем, а часто і між сусідніми галактиками. Найбільш активно обмінюються речовиною так звані взаємодіючі галактики, між якими існують перемички, що складаються із зірок і міжзоряної речовини. Дуже цікавими в цьому плані є галактики-ядра скупчень галактик. Виявилося, що їх привілейоване положення в центрі скупчення забезпечує їм цілком виняткові можливості для еволюції в порівнянні з рядовими членами скупчень і тим більше в порівнянні з галактиками, розташованими поза скупчень, так званими галактиками поля. Познайомимося коротко з однієї такої чудової галактикою - ядром скупчення галактик в Персея і на її прикладі з'ясуємо деякі можливості, які представляє природа для еволюції ядрам скупчень галактик.
Наша героїня є найяскравішої галактикою в сузір'ї Персея в радіодіапазоні, тому вона отримала назву Персей А, і найяскравішої галактикою в цьому ж сузір'ї у рентгенівській області спектру і друга її назва Персей Х-1. Такого роду назви присвоюють, як нагороди, найбільш яскравим джерелам світіння в тій чи іншій області спектра.
Галактика Персей А = Персей Х-1 була відкрита як маленьке туманна плямочка на початку минулого століття директором Копенгагенської обсерваторії д'Аррестом. У той час вели реєстрацію всіх туманних об'єктів на небі, щоб не сплутати їх з кометами, які в ті часи активно спостерігалися, але які не мають постійного місця на небі. Про нас цікавить відкритті згадується в передмові до "Загальному каталог туманностей і Скупчень зірок" Джона Гершеля, опублікованому в 1864 р., де вона значиться під N 675. Але назву, зазначену у заголовку, яке вона носить і по сьогоднішній день, галактика отримала по "Новому Загальним каталог туманностей і Скупчень зірок" Драйєра, виданим у 1888 р. (New General Catalogue або NGC) - NGC 1275. Там же наведено її перша характеристика - "маленька слабка туманність". Ні за розміром, ні за яскравістю вона не могла конкурувати з яскравими протяжними туманностями типу туманності Оріона. Але слабких і маленьких "туманностей" до каталозі NGC була більшість.
Відкриття та спостереження об'єкта NGC 1275
У 1905 р. Вольф в Німеччині виявив скупчення туманностей в сузір'ї Персея, яке групувалося якраз навколо NGC 1275. У 20 роках нашого століття було відкрито червоне зміщення у спектрах випромінювання багатьох слабких туманностей каталогу NGC. Було показано, що туманності, що володіють червоним зміщенням в сотні, тисячі і десятки тисяч км / с - це гігантські зоряні системи - галактики, розташовані далеко за межами нашого Чумацького Шляху. Туманність NGC 1275 і навколишні її туманності скупчення в Персеї теж виявилися далекими галактиками. Променева швидкість, яка відповідає їх червоного зсуву, була приблизно однаковою для всіх членів скупчення близько 5000 км / с. Це відкриття підтверджувало, що видиме на небі скупчення туманностей є дійсно скупченням галактик, всі члени якого розташовані приблизно на однаковій відстані від спостерігача, тобто що вони становлять скупчення не тільки в проекції на небесну сферу, але також і в просторі. У каталозі багатих скупчень галактик Ейбла скупчення галактик Персея отримало номер А 426.
Численні спостереження, проведені в широкому діапазоні довжин хвиль від радіо до рентгена, показали, що галактика NGC 1275 за багатьма характеристиками відрізняється від більшості нормальних галактик. Тепер передбачається, що ці відхилення можуть бути обумовлені її центральним становищем в багатому скупченні галактик, ядром якого вона є. У 1931 р. Хаббл і Гьюмасона писали, що в першому наближенні вона має еліптичну форму, "яка зламалася без освіти спіральних гілок". На рис. 1 на північно-заході в цілому еліптичної системи видно структури, не характерні для галактик еліптичного типу, вони нагадують частини спіральних гілок. Бааде і Мінковський, які багато часу присвятили вивченню цієї галактики, класифікували її як пару спіральних галактик, одна з яких раннього, а друга пізнього типу. Спектральні спостереження, проведені Мінковським, привели його до відкриття, яке полягало в виявленні в галактиці двох систем газу, променева швидкість однієї з них дорівнювала приблизно променевої швидкості центральної галактики, тобто 5200 км / с, а променева швидкість другої системи газу була на 3000 км / д більше, тобто 8200 км / с. Мінковський показав, що газ низької швидкості покриває все тіло галактики, а газ високої швидкості займає її північно-західну частину.
На рис. 2 представлена фотографія системи газу низькій швидкості, отримана Ліндсей за допомогою інтерференційного фільтра, смуга пропускання якого була центрована лінію Η α цього газу. За структурою газ нагадує відому Крабовидную туманність. Бербіджі виміряли швидкості згустків газу низькій швидкості на різних відстанях від ядра галактики і отримали дивовижний результат, який полягав у тому, що розподіл швидкостей згустків газу такі ж, як було б при вибуху, який стався в ядрі галактики. Але точно такий же розподіл швидкостей буде мати газ, що впадає в ядро галактики. І Мінковський, і Бербіджі та інші дослідники довгий час дотримувалися думки, що в ядрі галактики NGC 1275 стався вибух.
Спектральні дослідження Маньківського показали, що газ високої швидкості входить в комплекси зоряної природи, в яких можна спостерігати поглинаючу середу. Поглинаючі деталі, природно, розташовуються до спостерігача ближче, ніж яскраві частині центральної еліптичної галактики. Ця обставина дозволила Мінковським зробити припущення, що газ і пил системи високої швидкості належать спіральній галактиці пізнього типу, а газ низької швидкості, - спіральній галактиці раннього типу. Своє припущення Мінковський обгрунтував тим, що спектр галактики NGC 1275 поза її ядра виявився типу А. Такий спектральний тип зазвичай мають тільки спіральні або неправильні нормальні галактики. Еліптичні галактики, до яких належить і NGC 1275, як правило, мають спектральний тип зоряної складової G або К.
У 1973 р. було опубліковано цікаве відкриття Юнга, Робертса та Саслау: газ високої швидкості був виявлений в поглинанні по лінії нейтрального водню, що спостерігається в радіодіапазоні на хвилі 21 см. Спектральні спостереження показали, що на тлі безперервного радіоспектра галактики NGC 1275 є сильне поглинання в лінії нейтрального водню на швидкості 8100 км / с. Це важливе відкриття підтверджувало припущення Мінковського про те, що газ високої швидкості розташовується між еліптичної галактики і спостерігачем. У цьому випадку велика позитивна швидкість газу високої швидкості повинна інтерпретуватися не як викид з ядра, а як падіння на центральну галактику. Пізніші спостереження показали, що найбільш щільні частини газу, що поглинає в лінії 21 см, розташовуються якраз проти центру галактики. Кутовий розмір області, зайнятої щільним газом близько 6 "х 9" або приблизно 2х3 кпк.
Явище двох систем газу вивчався досить активно. Для пояснення його і пов'язаних з ним особливостей галактики, поряд з гіпотезою вибуху, обговорювалися й інші гіпотези: зіштовхуються галактики, випадкове накладення двох галактик. Серед прихильників гіпотези Мінковського про зіштовхуються галактиках є два табори: одні вважають, що швидка галактика генетично пов'язана з еліптичною, а інші - що вона інтервентка - прилетіла з далеких областей скупчення Персея. Слабким місцем гіпотези галактик, що зіштовхуються є відсутність ядра швидкої галактики. Суперечки про природу структурних особливостей галактики NGC 1275 і їх походження тривають. Зовсім недавно англійські вчені виявили світіння іонізованого кисню, за формою нагадує міст, спрямований від ядра галактики в бік газу високій швидкості. Цей виступ відразу був інтерпретований як свідчення взаємодії, що має місце між двома системами газу. Вчені підрахували, що якщо газ високої швидкості був викинутий з ядра центральної галактики, то це сталося 5.10 6 років тому.
Тут у короткій замітці важко перелічити всі особливості галактики NGC 1275. Але не можна не згадати про одну з найважливіших - вона містить ядро сейфертовських типу. Про сейфертовських ядрах написано дуже багато. Дослідженню цих ядер приділяється велика увага. Справа в тому, що такі ядра випромінюють величезну енергію: жовтня 1943 -10 45 ерг / с, джерела поповнення якої до цих пір ще не виявлені. Спектральні дослідження показали, що в ядрах є газові освіти, які рухаються зі швидкостями в десятки тисяч км / с. Як безперервне, так і лінійчатий випромінювання таких ядер галактик змінюється з часом. Причому час змінності іноді досягає дуже малих значень: помітні зміни відбуваються в ядрі всього за кілька діб, а іноді навіть і за кілька годин. Всі ці дані говорять про те, що сейфертовських ядра, а серед них і ядро галактики NGC 1275 - це котли, де реалізуються величезні запаси енергії. Питання полягає в тому, звідки береться ця енергія.
Багато дослідників, як вже було сказано ви-вище, схильні вважати, що особливості галактики NGC 1275, в тому числі і її сейфертовських ядро, обумовлені енергією, що поглинається з навколишнього галактику скупчення. Розглянемо деякі особливості скупчення галактик Персея, які дають підстави для таких міркувань.
Скупчення галактик в Персея - одне з найбагатших найближчих до нас скупчень. На рис. 3 наведена фотографія його центральній частині. На ній номерами відзначені найбільш яскраві члени скупчення. Скупчення досліджувався в усіх діапазонах довжин хвиль від радіо до рентгена. В оптичній області спектра одними з перших його вивчали Хаббл і Гьюмасона.
Вони повідомили, що скупчення складається приблизно з 500 галактик, розсіяних по площі розміром близько 2
°. Центр скупчення знаходиться поблизу галактики NGC 1275, яка є найяскравішої галактикою скупчення. Інтервал фотографічних зоряних величин галактик скупчення m pg укладений в межах від 13,8 ої до 19 т. Зоряна величина галактики NGC 1275 m pg = 13,8 m. На малюнку добре видно, що за яскравістю ця галактика виділяється серед інших членів скупчення. Скупчення має витягнуту форму. Приблизний розмір скупчення - 1,4 ° х 0,9 ° або 1,8 х 1 Мпк. Пізніші дослідження показали, що розмір скупчення принаймні в 2-3 рази більше і містить воно тисячі членів. Дослідження променевих швидкостей галактик - членів
Дуже цікаві результати отримали Арп і Бертола. Вони застосували методику, яка дозволила виявити слабосветящіеся освіти одночасно з яскравими центральними областями галактик скупчення. На їх знімках розміри галактик виявилися набагато більше, ніж на звичайних фотографіях. На рис. 4, запозичений із їх роботи, видно центральна частина скупчення галактик в Персея.
Арп і Бертола вважають, що слабке світіння між галактиками походить від слабких зірок, які оточують галактики: галактики розташовуються не в порожньому просторі, а в просторі, зайнятому слабкими зірками. Але галактики пов'язані між собою не тільки зірками. Між ними спостерігається іонізованний газ. Про це свідчать спостереження в радіо і рентгенівському діапазонах довжин хвиль.
Радіовипромінювання скупчення Персея досліджувалося багатьма авторами. Милі та Перола призвели карту ізофот скупчення на хвилі 20 см (рис. 5). Видно, що найбільш яскрава частина радіовипромінювання зосереджена біля центру скупчення - якраз в тому місці, де знаходиться галактика NGC 1275. Радіовипромінювання має виступ, спрямований на Захід убік галактики NGC 1272.
Радіовипромінювання скупчення галактик обумовлено світінням релятивістських електронів, що рухаються в міжгалактичних магнітних полях. Існує ряд моделей, що описують походження цих електронів в міжгалактичному просторі. Розглянемо модель, запропоновану Хіллом і Лонгейером. Згідно з їхньою гіпотезою релятивістські електрони,
Поширення космічних променів у просторі супроводжується енергетичними втратами. Релятивістські електрони витрачають свою енергію на синхротронне випромінювання, розсіяння на кванти світла, на звичайне гальмівне випромінювання, іонізацію атомів у середовищі, де вони поширюються, на адіабатичне розширення. Усі ці втрати зростають зі зростанням енергії електрона, тобто більш енергійні електрони втрачають більше енергії, ніж менш енергійні. Тому виникає ефект "старіння" енергетичного спектру електронів, який полягає в тому, що в спектрах випромінювання пучків електронів різних енергій утворюється "завал" інтенсивності на високих частотах: спектральний індекс з часом стає більш крутим.
Гіпотеза про те, що релятивістські електрони втікають в міжгалактичний простір скупчень з радіоактивних галактик підтверджується і на прикладі скупчення Персея. Підтвердження полягає не тільки в тому, що радіогало розташовується навколо галактики NGC 1275, але також і іншими фактами. На рис. 6 представлена карта радіоджерела, витягнутої форми і пов'язаного з самою галактикою NGC 1275, що знаходиться саме в середині внутрішньої ізофоти рис. 5. Розмір радіоджерела дорівнює Приблизно 30 "або 10 КПС. Представлена карта отримана в Англії на радіоінтерферометра на хвилі 73 см при просторовому вирішенні 1,2". Динамічний діапазон або ставлення самих яскравих і малих інтенсивностей 10 квітня: 1. Видно, що радіоджерело представляє собою витягнуте утворення, в якому виділяються найбільш яскраві деталі, позначення ченние цифрами 1-3. Підрахунки показали, що за яскравістю деталі 1 - 3 становлять лише 5% від загальної яскравості 30 "радіоджерела. Інші 95% припадають на яскраве радіоядро галактики.
Спектральний індекс цієї радіодеталі дорівнює 0,6 (радіоспектр плоский). Всі ці факти свідчать про відносну молодості деталі 1. У той же час деталь 3 розташована далі від ядра, має меншу яскравість і спектральний індекс її випромінювання дорівнює 1,6 (радіоспектр крутий). Звідси був зроблений висновок, що радіовипромінюючі хмари електронів на південно-сході містять в середньому більш енергійні електрони, ніж хмари, розташовані на північному заході. Як ми бачили раніше, перші вважаються більш молодими, ніж другі, тому що більш енергійні електрони висвічуються швидше, ніж менш енергійні. Всі наведені факти дозволяють зробити припущення, що активність ядра галактики NGC 1275 в напрямку на південь останнім часом була більше виражена, ніж на північ.
Цікаво, що деталі, аналогічні деталям 1 - 3 радіоджерела галактики NGC 1275 спостерігаються і в інших витягнутих радіоструктурах центральних об'єктів в скупченнях галактик в Волоссі Вероніки і Діві, і всі вони разом задовольняють загальної залежності яскравості деталі від її розміру. Наявність такої залежності говорить про загальну природу всіх цих деталей, що складають витягнуті структури центральних радіоджерел скупчень галактик.
Не менш цікаві дані отримані для скупчення галактик в Персеї у рентгенівській області спектру. Відкриття рентгенівського випромінювання в Персеї було зроблено на ракеті "Аероби", запущеної 1 березня 1970 Спостереження велися у чотирьох інтервалах енергії: 0,5 - 1,0, 1,0 - 1,5, 1,5 - 2,5 і 2,5 - 10 кеВ. Знову відкритий рентгенівський джерело одержало назву Персей Х-один. Потім спостереження цього джерела були проведені на супутнику Ухуру і на ракетах.
Діапазон спостережуваних енергій розширився до 53 - 93 кеВ. Поліпшувався і кутове дозвіл при спостереженнях. На орбітальному телескопі "Коперник" спостереження велися в області енергій 0,5 - 3,0 кеВ, просторовий дозвіл було 1,8 '(рис. 7). Переривчастою лінією показано положення оптичного центру скупчення. Легко помітити, що розподіл яскравості рентгенівського випромінювання в скупченні Персея слід мабуть розподілу галактик біля центру скупчення.
У результаті тривалих спостережень в різних діапазонах енергій вдалося отримати розподіл енергії в спектрі випромінювання скупчення Персея в рентгенівській області. Рентгенівський спектр добре представляється плавною кривою і схожий на спектр теплового гальмівного випромінювання гарячого газу, що має температуру ~ 6,6 · 10 7 градусів. Важливою особливістю рентгенівського спектру скупчень галактик є лінії випромінювання високоіонізованних елементів, найяскравіша з яких лінія Fe XXVI розташована в області енергій 6 кеВ. Свічення цієї лінії в скупченнях галактик передбачив Шкловський в 1973 р., об виявленні її було опубліковано в 1976 р. Наявність емісійних ліній високої іонізації свідчить не тільки про високу температуру речовини в скупченні, але також і про його високому насиченні важкими елементами. Подальші дослідження показали, що в рентгенівському спектрі скупчень галактик спостерігаються емісійні лінії високих ступенів іонізації елементів кремнію, сірки та ін Було оцінено вміст заліза в газі скупчення. Воно виявилося всього наполовину менше, ніж в околицях Сонця. Цей факт свідчить про те, що газ скупчення безперервно поповнюється речовиною, що випливають з галактик, де він встиг збагатитися важкими елементами, що утворюються в процесі еволюції зірок.
Таким чином, радіо і рентгенівські дослідження скупчення Персея показали, що плазма, збагачена важкими елементами, постійно витікає з галактик - членів скупчення і заповнює простір між галактиками, змішуючись тут з газом, який залишився від епохи формування галактик. У загальних рисах рентгенівська карта показує розподіл густини газу в скупченні Персея. На супутнику Ейнштейн були поставлені прилади високої чутливості і високого просторового дозволу - до 4 ". Ці спостереження і успіхи теоретичних розробок дозволили отримати свідоцтва того, що температура газу, що випромінює в рентгенівській області спектру, змінюється усередині скупчення Персея. Поблизу центру скупчення близько галактики NGC 1275 температура нижче, ніж у більш віддалених областях. Ці факти послужили підставою для гіпотези "охолоджуючі газу" в скупченнях галактик. Відповідно до цієї гіпотези газ зі скупчення тече на центральну галактику і при цьому прохолоджується. Прихильники цієї гіпотези вважають, що саме потік міжгалактичного газу скупчення Персея створив умови для утворення поблизу галактики NGC 1275 газових утворень типу джгутів, схожих на джгути Крабовидної туманності. втеканіе газу зі скупчення на галактику пояснюється і її незвично блакитний колір, невластивий для галактик еліптичного типу. Додаткові порції газу створили умови для великого "вибуху зореутворення", яким охоплена вся центральна частина галактики NGC 1275. Завдяки цьому "вибуху" галактику стали називати "зростаючою галактикою". Її спектр поза ядра як раз свідчить про наявність тут великої кількості молодих зірок, в середньому його оцінюють класом А. Розрахунки показали, що в діаметрі 13 КПС в NGC 1275 має бути 10 6 зірок раннього спектрального типу 07. Вік цих зірок всього 10 7 років. Швидкість зореутворення в цій області галактики - 30 мас Сонця в рік.
Висновки
Все вищевикладене показує, що центральне положення галактики в багатому скупченні галактик Персея дозволяє їй обмінюватися речовиною з навколишнім скупченням, що істотно впливає на хід еволюції цієї галактики. Дана тема досить актуальна на день нинішній огляду на те, що багатопланове й багатогранне дослідження подібних структур Всесвіту допомагає пролити світло на їх походження і еволюцію. Ці дослідження також актуальні і для віддаленого майбутнього. Знання того, куди ми летимо і що там є полегшить завдання пілотам кораблів того часу.
Література
1. І. М. Проник. Дослідження туманностей і галактик. М., 1991
2. Астрономічний календар на 1991 рік. М., "Наука", 1990