Радиогалактика

Эта статья о типе галактики . Информацию о радиосети Великобритании см. в разделе The Galaxy Network .

Альционей — гигантская радиогалактика с лопастными структурами размером 5 мегапарсек (16×10 ⁶ ли ).

Радиогалактика галактика — это . с гигантскими областями радиоизлучения, выходящими далеко за пределы ее видимой структуры Эти энергичные радиолепестки питаются от струй активного галактического ядра . Имеют светимость до 10. ³⁹  Вт на радиоволнах от 10 МГц до 100 ГГц. Радиоизлучение обусловлено синхротронным процессом . Наблюдаемая структура радиоизлучения определяется взаимодействием двойных струй с внешней средой, модифицированной эффектами релятивистского излучения . представляют Родительские галактики собой почти исключительно большие эллиптические галактики . Радиоактивные галактики можно обнаружить на больших расстояниях, что делает их ценными инструментами для наблюдательной космологии . В последнее время проведено много работ по изучению воздействия этих объектов на межгалактическую среду , особенно в группах и скоплениях галактик .

Альционей — это радиогалактика с низким возбуждением, имеющая самые большие из обнаруженных радиодолей, с лопастными структурами, охватывающими 5 мегапарсек (16 × 10 ⁶ ли ). Для сравнения, другая гигантская радиогалактика такого же размера — 3C 236 , с диаметром долей 15 миллионов световых лет. Гигантская радиогалактика — это особый класс объектов, характеризующийся наличием радиодолей, генерируемых релятивистскими джетами, питаемыми сверхмассивной черной дырой центральной галактики . Гигантские радиогалактики отличаются от обычных радиогалактик тем, что они могут достигать гораздо больших размеров, достигая нескольких мегапарсеков в поперечнике, что намного превышает диаметры родительских галактик.

Эмиссионные процессы

Радиоизлучение , радио-громких активных галактик является синхротронным излучением о чем свидетельствует его очень плавная, широкополосная природа и сильная поляризация . Это означает, что радиоизлучающая плазма содержит, по крайней мере, электроны с релятивистскими скоростями ( факторы Лоренца ~10 ⁴ ) и магнитные поля . Поскольку плазма должна быть нейтральной, она также должна содержать либо протоны , либо позитроны . Непосредственно по наблюдениям синхротронного излучения нет возможности определить содержание частиц. Более того, невозможно определить плотности энергии в частицах и магнитных полях путем наблюдения: одна и та же синхротронная излучательная способность может быть результатом нескольких электронов и сильного поля, или слабого поля и большого количества электронов, или чего-то среднего. Можно определить условие минимума энергии, которое представляет собой минимальную плотность энергии, которую может иметь область с заданной излучательной способностью, но в течение многих лет не было особых оснований полагать, что истинные энергии были хоть сколько-нибудь близки к минимальным энергиям.

Родственным процессу синхротронного излучения является обратный комптоновский процесс, в котором релятивистские электроны взаимодействуют с фотонами окружающей среды, а Томсон рассеивает их до высоких энергий. Обратно-комптоновое излучение радиогромких источников оказывается особенно важным в рентгеновских лучах. и, поскольку оно зависит только от плотности электронов, обнаружение обратного комптоновского рассеяния позволяет в некоторой степени модельно-зависимую оценку плотности энергии в частицах и магнитных полях. Это использовалось, чтобы доказать, что многие мощные источники на самом деле близки к состоянию минимальной энергии.

Синхротронное излучение не ограничивается радиоволнами: если источник радиоизлучения может ускорять частицы до достаточно высоких энергий, особенности, обнаруживаемые в радиоволнах, также можно увидеть в инфракрасном , оптическом , ультрафиолетовом или даже рентгеновском диапазоне . В последнем случае ответственные электроны должны иметь энергию более 1 ТэВ при типичной напряженности магнитного поля. Опять же, поляризация и непрерывный спектр используются, чтобы отличить синхротронное излучение от других эмиссионных процессов. Джеты и горячие точки являются обычными источниками высокочастотного синхротронного излучения. Трудно провести различие между синхротронным и инверсно-комптоновым излучением, что делает их предметом постоянных исследований.

Процессы, известные под общим названием ускорение частиц, создают популяции релятивистских и нетепловых частиц, которые вызывают синхротронное и обратно-комптоновое излучение. Ферми-ускорение — один из возможных процессов ускорения частиц в радиогромких активных галактиках.

Радиосооружения

Псевдоцветное изображение крупномасштабной радиоструктуры радиогалактики FRII 3C98. Обозначены лепестки, струя и горячая точка.

Радиогалактики и, в меньшей степени, радиогромкие квазары демонстрируют на радиокартах широкий спектр структур. Наиболее распространенные крупномасштабные структуры называются долями : это двойные, часто довольно симметричные, примерно эллипсоидальные структуры, расположенные по обе стороны от активного ядра. Значительное меньшинство источников низкой светимости демонстрирует структуры, обычно известные как шлейфы , которые гораздо более вытянуты. Некоторые радиогалактики демонстрируют одну или две длинные узкие детали, известные как джеты (наиболее известный пример — гигантская галактика M87 в скоплении Девы ), исходящие непосредственно из ядра и направляющиеся к долям. С 1970-х годов наиболее широко распространенная модель заключалась в том, что доли или шлейфы питаются пучками частиц высокой энергии и магнитным полем, исходящим вблизи активного ядра. Считается, что струи являются видимыми проявлениями лучей, и часто термин «струя» используется как для обозначения наблюдаемой особенности, так и для основного потока.

Псевдоцветное изображение крупномасштабной радиоструктуры радиогалактики FRI 3C31 . Форсунки и шлейфы промаркированы.

разделили радиоисточники В 1974 году Бернард Фанарофф и Джулия Райли на два класса, теперь известные как Фанарофф и Райли Класс I (FRI) и Класс II (FRII) . Первоначально различие проводилось по морфологии крупномасштабного радиоизлучения (тип определялся расстоянием между наиболее яркими точками радиоизлучения): источники ФРИ были наиболее яркими ближе к центру, а источники ФРII - по краям. . Фанарофф и Райли заметили, что существует достаточно резкая разница в светимости между двумя классами: FRI имели низкую светимость, FRII - высокую светимость. При более детальных радионаблюдениях оказывается, что морфология отражает способ переноса энергии в радиоисточнике. Объекты FRI обычно имеют яркие струи в центре, тогда как объекты FRII имеют слабые струи, но яркие горячие точки на концах лепестков. По-видимому, FRII способны эффективно переносить 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 окружения галактики-хозяина в том смысле, что переход FRI/FRII появляется при более высоких светимостях в более массивных галактиках. Известно, что самолеты FRI замедляются в тех регионах, где их радиоизлучение наиболее ярко. и поэтому кажется, что переход FRI/FRII отражает, может ли струю/луч распространяться через родительскую галактику, не замедляясь до субрелятивистских скоростей из-за взаимодействия с межгалактической средой. Из анализа эффектов релятивистского излучения известно, что струи источников FRII остаются релятивистскими (со скоростями не менее 0,5c) вплоть до концов лепестков. Горячие точки, которые обычно наблюдаются в источниках FRII, интерпретируются как видимые проявления ударных волн , образующихся при резком прекращении сверхзвуковой струи на конце источника, и их спектральные распределения энергии согласуются с этой картиной. Часто наблюдаются множественные горячие точки, отражающие либо продолжающийся истечение после толчка, либо движение точки окончания струи: общую область горячих точек иногда называют комплексом горячих точек.

Названия даны нескольким конкретным типам радиоисточников в зависимости от их радиоструктуры:

• Классический двойной относится к источнику FRII с четкими горячими точками.
• Широкоугольный хвост обычно относится к источнику, промежуточному между стандартной структурой FRI и FRII, с эффективными струями, а иногда и горячими точками, но со шлейфами, а не с лепестками, расположенными в центрах скоплений или вблизи них .
• Узкоугольный хвост или источник «голова-хвост» описывает FRI, который, кажется, изгибается под давлением плунжера при движении через кластер.
• Толстые двойники — это источники с диффузными лепестками, но без джетов и горячих точек. Некоторые из таких источников могут быть реликвиями , энергоснабжение которых было постоянно или временно отключено.

циклы

Крупнейшие радиогалактики имеют доли или шлейфы, простирающиеся до мегапарсековых масштабов (больше в случае гигантских радиогалактик). как 3C236 ), что подразумевает временной масштаб роста порядка десятков и сотен миллионов лет. Это означает, что, за исключением очень маленьких и очень молодых источников, мы не можем наблюдать динамику радиоисточников напрямую и поэтому должны прибегать к теории и выводам на основе большого числа объектов. Очевидно, что радиоисточники должны начинаться с малого и постепенно расти. В случае источников с лепестками динамика довольно проста: струи питают лепестки, давление лепестков увеличивается и лепестки расширяются. Насколько быстро они расширяются, зависит от плотности и давления внешней среды. Фаза внешней среды с самым высоким давлением и, следовательно, самая важная фаза с точки зрения динамики - это диффузный горячий газ, излучающий рентгеновские лучи. Долгое время предполагалось, что мощные источники будут расширяться сверхзвуково, проталкивая ударную волну 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, как это требовалось бы для сверхзвукового расширения. Единственная известная однозначно сверхзвуковая расширяющаяся система состоит из внутренних долей маломощной радиогалактики Центавр А, которые, вероятно, являются результатом сравнительно недавней вспышки активного ядра.

Принимающие галактики и окружающая среда

Эти радиоисточники почти всегда находятся эллиптических в галактиках , хотя есть одно хорошо задокументированное исключение, а именно NGC 4151 . В некоторых сейфертовских галактиках наблюдаются слабые небольшие радиоджеты, но они недостаточно радиосветящиеся, чтобы их можно было классифицировать как радио-громкие. Имеющаяся информация о родительских галактиках радиогромких квазаров и блазаров позволяет предположить, что они также находятся в эллиптических галактиках.

Есть несколько возможных причин такого сильного предпочтения эллиптических тренажеров. Во-первых, эллиптические галактики обычно содержат самые массивные черные дыры и поэтому способны питать самые яркие активные галактики (см. Светимость Эддингтона ). Другая причина заключается в том, что эллиптические тела обычно обитают в более богатой среде, обеспечивая крупномасштабную межгалактическую среду для ограничения источника радиоизлучения. Возможно также, что большее количество холодного газа в спиральных галактиках каким-то образом разрушает или подавляет формирующуюся струю. На сегодняшний день не существует убедительного единого объяснения наблюдений.

Унифицированные модели

Различные типы радиоактивных галактик связаны едиными моделями. Ключевое наблюдение, которое привело к принятию унифицированных моделей мощных радиогалактик и радиогромких квазаров, заключалось в том, что все квазары, кажется, направлены на нас, демонстрируя сверхсветовое движение в ядрах. и яркие джеты на стороне ближайшего к нам источника ( эффект Лэнга-Гаррингтона : ). Если это так, то должна существовать популяция объектов, не направленных на нас, и, поскольку мы знаем, что доли не подвергаются воздействию излучения, они будут выглядеть как радиогалактики, при условии, что ядро ​​квазара скрыто, когда виден источник. сбоку. В настоящее время признано, что по крайней мере некоторые мощные радиогалактики имеют «скрытые» квазары, хотя неясно, будут ли все такие радиогалактики квазарами, если смотреть под прямым углом. Аналогичным образом радиогалактики малой мощности являются вероятной родительской популяцией для объектов BL Lac .

Использование радиогалактик

Отдаленные источники

Радиогалактики и радио-громкие квазары широко использовались, особенно в 80-х и 90-х годах, для поиска далеких галактик: путем выбора на основе радиоспектра и последующего наблюдения родительской галактики можно было найти объекты с высоким красным смещением при скромных затратах в телескоп. время. Проблема этого метода в том, что множества активных галактик могут не быть типичными для галактик на их красном смещении. Точно так же радиогалактики в прошлом использовались для поиска далеких скоплений рентгеновского излучения, но сейчас предпочтение отдается беспристрастным методам отбора. Самая далекая из известных в настоящее время радиогалактик — TGSS J1530+1049 с красным смещением 5,72.

Стандартные линейки

Была проделана некоторая работа по попыткам использовать радиогалактики в качестве эталонов 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.

Воздействие на окружающую среду

Независимо от того, расширяется ли радиоисточник сверхзвуковым путем или нет, при расширении он должен совершать работу против внешней среды, поэтому он тратит энергию на нагрев и подъем внешней плазмы. Минимальная энергия, запасаемая в лепестках мощного радиоисточника, может составлять 10 ⁵³ Дж . Нижний предел работы, совершаемой на внешней среде таким источником, в несколько раз превышает эту величину. Значительная часть нынешнего интереса к радиоисточникам сосредоточена на эффекте, который они должны оказывать в центрах скоплений в наши дни. Не менее интересно их вероятное влияние на формирование структур в течение космологического времени: считается, что они могут обеспечить механизм обратной связи, замедляющий формирование наиболее массивных объектов.

Терминология

Широко используемая терминология сейчас неуклюжа, поскольку общепринято, что квазары и радиогалактики — это одни и те же объекты (см. выше ). Аббревиатура DRAGN (что означает «двойной радиоисточник, связанный с ядром галактики») была придумана Патриком Лихи в 1993 году и используется до сих пор. Внегалактический источник радиоизлучения является обычным явлением, но может привести к путанице, поскольку в радиообзорах обнаруживаются многие другие внегалактические объекты, особенно галактики со вспышками звезд . Радиогромкая активная галактика однозначна, поэтому часто используется в этой статье.

См. также

• Релятивистский реактивный самолет
• Х-образная радиогалактика
• Список спиральных DRAGN
• Отношение М – сигма
• Галактика Звезды Смерти
• ЭСО 0313-192

Внешние ссылки

• Атлас DRAGN Коллекция радиоизображений каталога радиогромких активных галактик 3CRR.
• Радио- и оптические изображения радиогалактик и квазаров
• Он-лайн каталог радиоисточников 3CRR