Открытие сейфертовских галактик
Открытие сейфертовских галактик. В 1908 г. американские астрономы Э. Фат и В. Слайфер, проводившие наблюдения в Ликской обсерватории, открыли в спектре «спиральной туманности» (как тогда называли спиральные галактики) NGC 1068 (рис. 1), помимо привычных для звёзд спектральных линий поглощения, необычные широкие линии излучения. В 1940–1942 гг. К. Сейферт в обсерватории Маунт-Вилсон продолжил поиски таких объектов и открыл 12 галактик с аналогичными особенностями спектра. Их точечные ядра имели вид яркой звезды, а в спектрах наблюдались чрезвычайно широкие и интенсивные линии излучения водорода и гелия (рис. 2). Большая ширина этих линий интерпретировалась как следствие эффекта Доплера и свидетельствовала о высоких скоростях движения горячего газа (тысячи километров в секунду), т. е. о сильно нестационарном состоянии этих областей. Там же наблюдались узкие линии излучения, в том числе, как выяснилось позднее, запрещённые линии дважды ионизованного кислорода [О III], как у газовых туманностей. Очень высокая интенсивность линий показывала, что в этих сравнительно маленьких областях генерируется значительная доля всей энергии излучения галактик (как теперь известно, светимость такого ядра превышает светимость всей галактики) и сосредоточена существенная часть её массы.
Рис. 1. Ближайшая к нам сейфертовская галактика NGC 1068 (M77). Фото: космический телескоп «Хаббл».В начале 1940-х гг. в качестве космических источников излучения были известны только звёзды – обычные, физические переменные, новые и сверхновые, а также эмиссионные газовые туманности. Ни один из этих источников не подходил для объяснения открытых Сейфертом особенностей. Свечения туманностей и новых звёзд было явно недостаточно, а мощные взрывы сверхновых наблюдались лишь во внешних областях галактик и поодиночке, один раз за много десятилетий. В данном же случае будто бы на глазах вспыхивали сотни и тысячи сверхновых, и всё это в самом центре галактики. Сейферт сделал смелый вывод, что признаки нестационарности ядер таких галактик, как и необычно мощное их излучение, не объяснимы никакими известными в астрономии причинами и представляют собой качественно новый астрономический фено́мен. Он объявил об особых свойствах таких галактик с активными ядрами в своей статье в журнале Astrophysical Journal (Seyfert. 1943), которая, однако, не привлекла тогда внимания астрономов.
Рис. 2. Фрагменты спектров сейфертовских галактик NGC 1068, NGC 3516 и NGC 4151, на которых отмечены линия серии Бальмера атома водорода Hβ (4860 Å) и запрещённые линии дважды ионизованного кислорода [OIII] (4959 Å и 5007 Å). По горизонтальной оси отложена длина волны, по вертикальной – поток излучения. График из статьи: Seyfert C. K. Nuclear Emission in Spiral Nebulae // The Astrophysical journal. 1943. Vol. 97. P. 28–40.Впервые в астрономической литературе о фундаментальном открытии К. Сейферта написал О. Струве в книге «Астрономия XX века», изданной в 1962 г. Сам же Сейферт не возвращался к своему удивительному открытию. Видимо, не последнюю роль в этом сыграли обстоятельства его жизни – энергичное участие в огромной организационной и педагогической работе в разных обсерваториях, университетах, научных обществах. Сейферт рано ушёл из жизни, не успев увидеть признание своего открытия. Уже в 1961 г., на следующий год после гибели учёного, астрономы стали работать над объяснением загадки открытых Сейфертом галактик, которые впоследствии получили название сейфертовских (или «сейфертов»). Интерес к ним был вызван фундаментальными открытиями в радиоастрономии: в частности, открытием дискретных внегалактических радиоисточников – радиогалактик. Первый из таких источников – Лебедь А – был открыт ещё в 1944 г., но сначала их принимали за необычные «радиозвёзды». Между тем у таких источников открыли и новую, нетепловую (синхротронную) природу излучения, которую со временем обнаружили и у сейфертовских галактик. Открытие в 1963 г. квазаров – наиболее мощных из всех известных к тому времени и вдобавок переменных (как и «сейферты») источников излучения – заставило астрономов снова задуматься о причине и механизме излучения подобных загадочных «квазизвёзд». Вспомнили и о сейфертовских галактиках с их особыми ядрами.
Рис. 3. Сейфертовская галактика NGC 7469 (Arp 298, Mrk 1514), расположенная на расстоянии около 200 млн световых лет от Земли в созвездии Пегас. Фрагмент оригинальной фотографии, полученной космическим телескопом «Хаббл».Квазары, лацертиды, сейфертовские галактики и радиогалактики выстраивались в непрерывный ряд предположительно родственных объектов (или различных этапов эволюции галактик). В этом ряду «сейферты» оказывались наименее грандиозными примерами нестационарности, но в то же время наиболее доступными для изучения ввиду своей близости (рис. 3). Сейфертовские галактики составляют около 10 % всех наблюдаемых спиральных галактик, а также к ним относятся некоторые неправильные и эллиптические галактики. Именно благодаря «сейфертам» достигнуты значительные успехи в изучении перечисленных экзотических объектов – главным образом их структуры и причин переменности.
Наиболее вероятная гипотеза, принятая в настоящее время в качестве объяснения активности ядер сейфертовских галактик, предполагает наличие в центре такой галактики сверхмассивной чёрной дыры массой в десятки или сотни миллионов масс Солнца. Широкий диапазон длин волн их излучения – от радиоволн до рентгеновского и гамма-излучения – связан со сложной структурой центральной области, где чёрная дыра окружена излучающим аккреционным диском, а также пылью. Сочетание таких компонентов порождает потоки не только обычного теплового, но также синхротронного излучения от перпендикулярных аккреционному диску биполярных выбросов материи – джетов.
Сейферт первым обратил внимание на то, что открытая им картина выходит за рамки известного круга процессов и явлений. Это умение увидеть новое, вовремя удивиться справедливо увековечило имя учёного в названии открытых им поразительных объектов.