Лаборатория космических исследований

Ульяновская секция Поволжского отделения Российской Академии Космонавтики им. К. Э. Циолковского

Ульяновский Государственный Университет
Что там, в самом центре?

                                                 Во всем мне хочется дойти

                                                  До самой сути,

                                                  В работе, поисках пути,

                                                  В сердечной смуте…

                                                                           Борис Пастернак…

   По современным представлениям в центре нашей Галактики находится гигантская черная дыра, а на другом уровне наших знаний -  может оказаться объект пока неизвестной природы. Знаменитый космолог И. Д. Новиков считает, что вместо черной дыры может находиться кротовая нора, ведущая в другую вселенную.  Астрофизики стремятся проникнуть как можно ближе к центру, и на этом пути открывается много нового и неожиданного.

   Центр Галактики (ЦГ) находится внутри давно наблюдаемого балджа – перемычки - эллипсоидального скопления  старых звезд и газопылевого вещества.  От балджа отходят рукава   Галактики (рис. 1). На рис. 2 – изображение участка балджа, полученное КА Хаббл.

Рис. 1

Рис. 2

    В последние годы обнаружено, что внутри балджа вокруг центрального объекта  Галактики с большой скоростью вращается плотный газопылевой околоядерный (ОЯ) диск, в котором идет активное звездообразование. Еще ближе к ЦГ  находится аккреционный диск, но в нем звездообразование невозможно.

    «Звездные околоядерные  диски галактик представляют собой обособленные динамически и эволюционно структуры: это не старые шаровые скопления, свалившиеся в центр галактики из-за динамического трения, а последствия относительно недавней вспышки звездообразования «на месте», прямо вокруг центра галактики.» Радиус ОЯ диска Галактики– 600  парсек, меньше 1 кпк.

   Астрофизики объясняют образование ОЯ диска тем, что большие галактики, как наша, притягивают из окружающего пространства менее массивные неправильные галактики (типа Магеллановых облаков). Издали их можно наблюдать, используя гравитационные линзы.

Падая и участвуя во вращении Галактики, неправильные галактики по спирали приближаются к центру притяжения. Их звезды, как и звезды Галактики, так далеки друг от друга что не образуют сплошную среду и постепенно «растворяются» среди звезд Галактики.

     Разреженный, но вязкий межзвездный газ Галактики, захватывается падающей по спирали массой. Примерно через миллиард лет они вместе достигают цели. На рис 3 -  изображение галактики NGC 6782, полученное космическим аппаратом Хаббл. Виден белый ОЯ диск (молодые звезды – бело-голубые) и достигшая его струя газа. В гравитационном поле центрального тела газопылевое вещество сильно уплотняется,  поэтому в нем  преимущественно образуются массивные  звезды. В далеких от центра областях  Галактики гораздо больше образуется  звезд малых масс, чем  очень массивных,  и  звездообразование становится возможным только при условии прохождения по газопылевому веществу волн плотности. 

Рис. 3 

     Недавно обнаружено, что в  центре нашей Галатики существует не один, а два диска, расположенных под углом друг к другу. Возможно, на Галактику упали две неправильные галактики, двигавшиеся в разных направлениях. Произошли две вспышки звездообразования.  Возраст звезд в них – всего несколько миллионов (не миллиардов!) лет.

      Предполагается, что маленькие неправильные галактики и в более ранние времена падали на нашу Галактику, но их следы обнаружить довольно трудно.

    Совсем недвно, в 2017 году, было замечено, что и в балдже старые звезды тоже принадлежат к двум разным эпохам звездообразования.

   Какие наблюдения подтверждают описанные явления?

   К сожалению, в видимом диапазоне электромагнитных волн  увидеть ЦГ невозможно. Газопылевое вещество более прозрачно для длинноволнового и коротковолнового излучения.

   Впервые изображние ядра Галактики было получено в инфракрасном диапазоне сотрудниками Крымской астрофизической обсерватории В.Б. Никоновым и др. Исследования ядер галактик продолжаются в КрАО, ГАИШе и САО.

   В Специальной астрофизической обсерватории на Кавказе (САО) на 6-метровом телескопе с панорамным спектрографом  получают интереснейшую и  более полную информацию, чем с обычными спектрографами.

   «Панорамная спектроскопия - довольно новый, очень эффективный метод спектрального исследования протяженных небесных объектов, таких как галактики: он позволяет за одну экспозицию длительностью в один час получить сразу несколько сотен спектров от разных точек объекта. В случае Мультизрачкового спектрографа пространственные элементы упакованы так плотно, что мы фактически получаем двумерные карты спектральных характеристик звездной и газовой составляющей в исследуемой области галактики: поля лучевых скоростей звезд и газа, поля скоростей вращения и средних хаотических скоростей звезд в галактиках (“дисперсии скоростей”), распределения по галактике интенсивности континуума и эквивалентных ширин спектральных линий. Панорамная спектроскопия дала нам возможность воочию убедиться, что действительно в центрах многих галактик можно найти отдельные околоядерные звездные диски.»

     Наблюдения околоядерной области Галактики проводятся на многих обсерваториях мира. На Южной Европейской обсерватории в Чили на высоте 5000 м работает Very Large Telescope (VLT). Это интерференционная система из 4-х телескопов, каждый диаметром 8.2 метра. Усовершенствованный панорамный спектрограф, ПЗС-матрицы, адаптивная оптика, компьютерная обработка наблюдений и система GRAVITY позволили получить в 2016 - 2017 г. спектры десятков отдельных звезд околоядерного диска.

   По спектрам оценены лучевые скорости. Звезды движутся так быстро, что их смещение по небесной сфере за 5 лет наблюдений дало возможность  измерить и тангенциальные скорости этих звезд.  Таким образом стало возможным вычислить пространственные и орбитальные скорости. По орбитальным скоростям было уточнено  положение и масса центрального тела. Предыдущие наблюдения при помощи радиоинферометра со сверхдлинной базой показали, что центр масс Галактики совпадает с радиоисточником Стрелец А-западный, а масса Центрального объекта Галактики составляет примерно 4.5 миллиона   масс Солнца. Эти данные были уточнены благодаря системе GRAVITY.

   Два ОЯ диска в нашей Галактике были обнаружены по различиям лучевых скоростей наблюдавшихся звезд. Химический состав этих звезд подтверждает, что газопылевое вещество попало в ОЯ из далеких областей Галактики, обогащенных тяжелыми химическими элементами.

   Наблюдателей VLT заинтересовала звезда С2. Период ее обращения вокруг ЦГ всего 16 лет, сейчас орбитальная скорость около 10 000 км/сек,  орбита эллиптическая, в 2018 году звезда подойдет к центру притяжения на расстояние всего в 17 световых часов (!).

   Активно исследуется ЦГ космическими аппаратами.  Например, космический аппарат Ферми обнаружил исходящее из ОЯ диска гамма-излучение сотен точечных  источников. Такого типа гамма-излучение характерно для пульсаров. Массивные звезды бысто стареют, и некоторые из них превращаются в пульсары. В состоянии пульсаров звезды существуют всего несколько миллионов лет. Значит, они в такое состояние пришли  сравнительно недавно. Наблюдатели считают, что из-за большой пространственной плотности звезд некоторые из пульсаров могут принадлежать двойным системам.

   В рентгеновском диапазоне космическим аппаратом Чандра в области менее килопарсека от ЦГ было обнаружено много молодых массивных звезд высокой светимости. Звезд малой массы практически не видно, что подтверждает очень большую плотность ОЯ диска.

   В настоящее время ОЯ диски и в нашей, и в других галактиках активно  изучаются.  На рис 4 – фотографии взаимодействующих галактик с яркими ОЯ дисками. Есть и альтернативные представления о природе  ОЯ дисков. Исследования продолжаются…

Рис. 4