W latach 70. astronomowie zdali sobie sprawę z kompaktowego źródła radiowego w centrum Galaktyki Drogi Mlecznej - które nazwali Strzelcem A. Po wielu dekadach obserwacji i zgromadzonych dowodów, wysunięto teorię, że źródłem emisji radiowych była w rzeczywistości supermasywna czarna dziura (SMBH). Od tego czasu astronomowie zaczęli teoretyzować, że SMBH są w centrum każdej dużej galaktyki we Wszechświecie.
Przez większość czasu te czarne dziury są ciche i niewidoczne, dlatego nie można ich bezpośrednio obserwować. Ale w czasach, gdy materiał wpada do ich masywnych pasz, płoną promieniowaniem, emitując więcej światła niż reszta galaktyki razem wzięta. Te jasne centra są tak zwanymi Aktywnymi Jądrami Galaktycznymi i są najsilniejszym dowodem na istnienie SMBH.
Opis:
Należy zauważyć, że ogromne rozbłyski światła obserwowane z aktywnych jąder galaktycznych (AGN) nie pochodzą z samych supermasywnych czarnych dziur. Od pewnego czasu naukowcy rozumieją, że nic, nawet światło, nie może uciec przed Horyzontem zdarzeń czarnej dziury.
Zamiast tego, potężny wybuch promieniowania - który obejmuje emisje w radiu, mikrofalach, podczerwieni, optycznych, ultrafioletowych (UV), promieniach rentgenowskich i gamma - pochodzi z zimnej materii (gazu i pyłu) otaczających czerń otwory. Tworzą one dyski akrecyjne, które krążą wokół supermasywnych czarnych dziur i stopniowo zasilają je materią.
Niesamowita siła grawitacji w tym regionie ściska materiał dysku, aż osiągnie miliony stopni Kelvina. Generuje to jasne promieniowanie, wytwarzając energię elektromagnetyczną, która osiąga szczyt w zakresie fal optycznych UV. Korona gorącego materiału tworzy się również ponad dyskiem akrecyjnym i może rozpraszać fotony do energii promieniowania rentgenowskiego.
Duża część promieniowania AGN może być zaciemniona przez gaz międzygwiezdny i pył blisko dysku akrecyjnego, ale prawdopodobnie zostanie ono ponownie wypromieniowane w paśmie fal podczerwonych. Jako taka większość (jeśli nie wszystkie) widma elektromagnetycznego powstaje w wyniku interakcji zimnej materii z SMBH.
Interakcja między wirującym polem magnetycznym supermasywnej czarnej dziury a dyskiem akrecyjnym tworzy również silne strumienie magnetyczne, które wystrzeliwują materiał powyżej i poniżej czarnej dziury z prędkością relatywistyczną (tj. Znaczną część prędkości światła). Strumienie te mogą rozciągać się na setki tysięcy lat świetlnych i są drugim potencjalnym źródłem obserwowanego promieniowania.
Rodzaje AGN:
Zazwyczaj naukowcy dzielą AGN na dwie kategorie, które są określane jako jądra „radio-ciche” i „radio-głośne”. Kategoria głośno-radiowa odpowiada AGN, które emitują fale radiowe wytwarzane zarówno przez dysk akrecyjny, jak i dysze. AGN działające bezgłośnie są prostsze, ponieważ wszelkie strumienie lub związane z nimi emisje są znikome.
Carl Seyfert odkrył pierwszą klasę AGN w 1943 roku i dlatego noszą teraz jego imię. „Galaktyki Seyferta” są rodzajem cichych radiowo AGN, które są znane ze swoich linii emisyjnych i na ich podstawie są podzielone na dwie kategorie. Galaktyki Seyferta typu 1 mają zarówno wąskie, jak i poszerzone optyczne linie emisji, co implikuje istnienie chmur gazu o wysokiej gęstości, a także prędkości gazu między 1000 a 5000 km / s w pobliżu jądra.
Natomiast Seyferts typu 2 mają tylko wąskie linie emisji. Te wąskie linie są spowodowane chmurami gazu o niskiej gęstości, które znajdują się w większej odległości od jądra i prędkości gazu wynoszącej około 500 do 1000 km / s. Podobnie jak Seyferts, inne podklasy cichych radiowo galaktyk obejmują cicho promieniujące kwazary i liniowce.
Galaktyki regionu niskiej emisji jonizacji (LINER) są bardzo podobne do galaktyk Seyferta 2, z wyjątkiem linii o niskiej jonizacji (jak sama nazwa wskazuje), które są dość silne. Są to najniższe świecące światła AGN i często zastanawia się, czy faktycznie są zasilane przez narastanie supermasywnej czarnej dziury.
Głośne radiowo galaktyki można również podzielić na kategorie, takie jak radiowe galaktyki, kwazary i blazary. Jak sama nazwa wskazuje, galaktyki radiowe są galaktykami eliptycznymi, które są silnymi emiterami fal radiowych. Kwazary są najbardziej świecącym typem AGN, które mają widma podobne do Seyferta.
Różnią się one jednak tym, że ich właściwości absorpcji gwiezdnej są słabe lub nieobecne (co oznacza, że są prawdopodobnie mniej gęste pod względem gazu), a wąskie linie emisji są słabsze niż szerokie linie widoczne w Seyferts. Blazary są bardzo zmienną klasą AGN, które są źródłami radiowymi, ale nie wyświetlają linii emisji w swoich widmach.
Wykrycie:
Historycznie rzecz biorąc, w centrum galaktyk zaobserwowano szereg cech, które pozwoliły na ich identyfikację jako AGN. Na przykład, ilekroć dysk akrecyjny można zobaczyć bezpośrednio, można zaobserwować emisje optyczno-jądrowe. Ilekroć dysk akrecyjny jest zasłaniany przez gaz i pył blisko jądra, AGN może zostać wykryty na podstawie jego emisji w podczerwieni.
Następnie istnieją szerokie i wąskie optyczne linie emisyjne związane z różnymi typami AGN. W pierwszym przypadku są one wytwarzane za każdym razem, gdy zimny materiał znajduje się blisko czarnej dziury, i są wynikiem tego, że emitujący materiał obraca się wokół czarnej dziury z dużymi prędkościami (powodując zakres przesunięć Dopplera emitowanych fotonów). W pierwszym przypadku winowajcą jest bardziej oddalony zimny materiał, co skutkuje węższymi liniami emisji.
Następnie emitowane są kontinuum radiowe i emisje rentgenowskie. Podczas gdy emisje radiowe są zawsze wynikiem strumienia, emisje rentgenowskie mogą powstawać albo ze strumienia, albo z gorącej korony, w której promieniowanie elektromagnetyczne jest rozproszone. Wreszcie, są emisje linii rentgenowskiej, które występują, gdy emisje rentgenowskie oświetlają zimny ciężki materiał, który leży między nim a jądrem.
Znaki te, same lub w połączeniu, doprowadziły astronomów do licznych detekcji w centrum galaktyk, a także do rozróżnienia różnych rodzajów aktywnych jąder.
Galaktyka Drogi Mlecznej:
W przypadku Drogi Mlecznej trwające obserwacje ujawniły, że ilość materiału nagromadzona na Sagitarriusie A jest zgodna z nieaktywnym jądrem galaktycznym. Teoretyzowano, że w przeszłości miał on aktywne jądro, ale od tego czasu przeszedł w fazę ciszy radiowej. Jednak wysunięto teorię, że może znów stać się aktywny za kilka milionów (lub miliardów) lat.
Kiedy galaktyka Andromeda połączy się z naszą własną w ciągu kilku miliardów lat, supermasywna czarna dziura, która jest w jej centrum, połączy się z naszą własną, tworząc znacznie masywniejszą i potężniejszą. W tym momencie jądro powstałej galaktyki - być może galaktyka Milkdromeda (Andrilky)? - z pewnością będzie miał wystarczającą ilość materiału, aby był aktywny.
Odkrycie aktywnych jąder galaktycznych pozwoliło astronomom zgrupować kilka różnych klas galaktyk. Pozwala także astronomom zrozumieć, w jaki sposób rozmiar galaktyki można rozpoznać po zachowaniu w jej jądrze. Wreszcie pomogło astronomom zrozumieć, które galaktyki uległy fuzji w przeszłości i co może nadejść pewnego dnia.
Napisaliśmy wiele artykułów o galaktykach dla czasopisma Space Magazine. Oto, co napędza silnik supermasywnej czarnej dziury? Czy droga mleczna może stać się czarną dziurą ?, Co to jest supermasywna czarna dziura ?, Włączanie supermasywnej czarnej dziury, Co się dzieje, gdy zderzają się supermasywne czarne dziury ?.
Aby uzyskać więcej informacji, zapoznaj się z aktualnościami Hubblesite na temat galaktyk, i tutaj jest strona naukowa NASA na temat galaktyk.
Astronomy Cast ma także epizody dotyczące jąder galaktycznych i supermasywnych czarnych dziur. Oto odcinek 97: Galaktyki i odcinek 213: Supermasywne czarne dziury.
Źródło:
- NASA - wprowadzenie do AGN
- Wikipedia - Active Galactic Nucleus
- Kosmos - AGN
- Cambridge X-Ray Astronomy - AGN
- University of Leicester - AGN
