Активные ядра галактик

Исследование активных ядер галактик
в
Крымской астрофизической
обсерватории
2014г.
I.Крымская астрофизическая
обсерватория (КрАО)
Крымская обсерватория, 1960е гг
Панорама КрАО, вид с севера. 2004г.
КрАО на фоне Трапециуса, вид с запада. 2007г.
КрАО, вид с запада. На переднем плане поселок Научный. 2012г.
Парк вокруг телескопов
Парк вокруг телескопов
Главное здание КрАО, 2002г.
Справочные данные
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Основание в Симеизе 1912г.
Создание КрАО 1945г.
Общее число инструментов ок 25шт
Крупнейшие телескопы: БСТ=1м, ЗТШ=2,6м, РТ-22=22м
Количество сотрудников 300
Высота над уровнем моря 600м
Ясных ночей ок 180, наблюдательных ок 250
Обычный фон неба 21,4m, наилучший 21,7m
Стандартный размер звезды 2.5”
Координаты +44:43:40 +34:00:50 (заходите в гости:)
Финансирование стремится к нолю
Справочные данные
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Основание в Симеизе 1912г.
Создание КрАО 1945г.
Общее число инструментов ок 25шт
Крупнейшие телескопы: БСТ=1м, ЗТШ=2,6м, РТ-22=22м
Количество сотрудников 300
Высота над уровнем моря 600м
Ясных ночей ок 180, наблюдательных ок 250
Обычный фон неба 21,4m, наилучший 21,7m
Стандартный размер звезды 2.5”
Координаты +44:43:40 +34:00:50 (заходите в гости:)
Финансирование стремится к нолю
Справочные данные
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Основание в Симеизе 1912г.
Создание КрАО 1945г.
Общее число инструментов ок 25шт
Крупнейшие телескопы: БСТ=1м, ЗТШ=2,6м, РТ-22=22м
Количество сотрудников 300
Высота над уровнем моря 600м
Ясных ночей ок 180, наблюдательных ок 250
Обычный фон неба 21,4m, наилучший 21,7m
Стандартный размер звезды 2.5”
Координаты +44:43:40 +34:00:50 (заходите в гости:)
Направления исследований
•
•
•
•
•
•
•
Физика Солнца
Физика звезд
Радиоастрономия
Гамма-астрономия
Внегалактическая астрономия
Оптическое производство
Экспериментальная астрофизика (новые приборы)
II. Активные ядра галактик (АЯГ)
История АЯГ
• 1908г – обнаружение эмиссионных линий в спектрах галактики
М77 (Э.Фэт, Ликкская обсерватория)
• 1926г – эмиссионные линии в NGC4051, NGC4151 (Э. Хаббл,
обсерватория Маунт-Вилсон)
• 1943г –выделены два класса активных галактик (К. Сейферт,
обсерватория Маунт-Вилсон)
• 1946г – открыта первая радиогалактика Лебедь-А
• 1959г – открыт первый квазар 3С48
• 1963г – установлено большое красное смещение квазаров
• 1967г – открыты Лацертиды (объекты типа BL Lac)
• 1970е – найдены родительские галактики лацертид и квазаров
• 2005г – в спектрах АЯГ выявлена рентгеновская линия железа
Признаки активных галактик
• 1. Нетепловой и очень широкий спектр от радиодиапазона
до жесткого гамма-излучения.
• 2. Быстрая переменность блеска (от 10 мин в рентгене).
• 3. Яркие, широкие линии в спектре (признак быстрого
движения больших объемов газа).
• 4. Видимые морфологические признаки (джеты, горячие
пятна, звездообразный центр).
• 5. Огромное энерговыделение, значительно большее чем
у обычных галактик.
• 6. Поляризационные особенности (не у всех).
Чем интересны активные галактики?
• Это самые мощные долгоживущие объекты во Вселенный
• Уникальные лаборатории для изучения вещества в
недоступных на Земле состояниях: сверхвысоких
температур, давлений и плотностей
• Наличием сверхмассивных черных дыр
• Аккреционными дисками – очень эффективными
источниками халявной энергии
Чем интересны активные галактики?
• Это самые мощные долгоживущие объекты во Вселенный
• Уникальные лаборатории для изучения вещества в
недоступных на Земле состояниях: сверхвысоких
температур, давлений и плотностей
• Наличием сверхмассивных черных дыр
• Аккреционными дисками – очень эффективными
источниками халявной энергии
Чем интересны активные галактики?
• Это самые мощные долгоживущие объекты во Вселенный
• Уникальные лаборатории для изучения вещества в
недоступных на Земле состояниях: сверхвысоких
температур, давлений и плотностей
• Наличием сверхмассивных черных дыр
• Аккреционными дисками – очень эффективными
источниками природной энергии
Классификация АЯГ
•
•
•
•
•
Квазары
Сейфертовские галактики
Радиогалактики
Блазары
Лацертиды
Примеры активных галактик
Галактика NGC6814 в созвездии Орел
Галактика М64 «Черный глаз» в созвездии Волосы Вероники
Галактика М82 «Взорвавшаяся» в созвездии Большая Медведица
Галактика NGC 4051, одна из первых открытых АЯГ
Галактика NGC6946 «Фейерверк» в созвездии Цефей
Как устроены активные ядра галактик
Направления исследований АЯГ
1. Изучение внутренней структуры
2. Исследование динамики вещества
3. Определение масс сверхмассивных ЧД
4. Изучение репроцессинга
1. Изучение внутренней структуры
Основной метод
- эхо-картирование. Он позволяет
определять размеры отдельных областей внутри АЯГ по
запаздыванию изменения яркости в одном диапазоне
относительно другого. Источником излучения является
аккреционный диск, события в котором заставляют светиться
внешние области АЯГ с определенным запаздыванием.
Световое эхо
Эхо-картирование
Континуум
Эмиссия
Сейфертовская галактика NGC 5548
2. Исследование динамики вещества
Лучший способ для галактик – непосредственное
измерение скорости звезд в области гравитационного
влияния ЧД по снимкам. Это позволяют делать крупнейшие
телескопы: Хаббл, КЕКи.
Но для мощных АЯГ, где отдельные звезды вблизи центра
неразличимы, эффективнее применяеть метод измерения
скорости газа по спектрам в области широких линий.
3. Определение масс ЧД
Для определения массы сверхмассивной ЧД в активной
галактике используется предположение, что газ,
излучающий широкие линии находится в области
гравитационного доминирования черной дыры. Значит,
его движение подчиняется законам Кеплера.
На практике сначала выясняется размер области широких
линий методом эхо-картирования, затем измеряется
скорость движения газа в этой области, после чего
вычисляется масса центрального тела.
4. Изучение репроцессинга
Модель репроцессинга описывает появление энергии в
оптическом диапазоне от аккреционного диска (континуум)
как результат разогрева диска энергией от мощного
рентгеновского источника вблизи центра, помимо обычного
разогрева вязким трением газа внутри диска.
III. Исследование АЯГ в
Крымской обсерватории
Методы исследований
• Спектральный – телескоп Шайна
• Фотометрический – телескоп АЗТ8
• Поляриметрический – телескоп АЗТ8
Методы исследований
•
•
•
•
Спектральный – телескоп Шайна
Фотометрический – телескоп АЗТ8
Поляриметрический – телескоп АЗТ8
Интуитивный - мозг
Зеркальный телескоп академика Шайна 2,6м
Фото Короткого С.
Характеристики ЗТШ
• Главное зеркало 2,6м, пирекс
• Первичный фокус 10м, Кассегрен 40м,
Несмит 40м, Куде 100м
• Приборы: ПЗС в первом фокусе, фотометр в
Кассегрене, спектрограф умеренного
разрешения в Нэсмите, спектрограф
Лагутина сверхвысокого разрешения в Куде
• Американская вилочная монтировка
• Год постройки 1961
Спектрограф в фокусе Нэсмита
Оптическая схема спектрографа
Характеристики спектрографа
•
•
•
•
•
•
ПЗС-матрица SPEC-10 1340x100 px
Охлаждение -86 С
Квантовый выход 95%
Фокусное расстояние в Нэсмите 40м
Масштаб 0,78”/px
Спектральное разрешение 7,5 Ангстрем
Схема калибровки спектров
Спектральные наблюдения
Обработанный спектр галактики 3С390.3. Спектрограф в фокусе НЭСМИТА ЗТШ
Обработанный спектр галактики NGC4151. Спектрограф в фокусе НЭСМИТА ЗТШ
Сырой спектр галактики Mrk 335. Спектрограф фокуса НЭСМИТА ЗТШ
Спектральные наблюдения позволяют:
• Определять запаздывание между изменениями в
континууме и в области широких линий t, что дает
расстояние до облаков газа r=c*t. Это п1 – структура.
• Измерять среднестатистическую скорость движения
облаков газа в области широких линий V. Это п.2 –
динамика.
• Зная скорость облаков на определенном расстоянии от ЧД
мы можем определить его массу M=n*r*V²/G. Это п.3 –
масса.
• Вычислять плотность газа в данной области по
характерному времени изменения интенсивности линии.
Зеркальный телескоп АЗТ8
Характеристики телескопа АЗТ8
•
•
•
•
•
•
•
Диаметр зеркала 0,7м
Фокусное расстояние 2.8м
Немецкая экваториальная монтировка
ПЗС в прямом фокусе Ap7P 512x512 px
Масштаб 1,77”/px
Предельная звездная величина 22m
Год постройки 1964 (перевезен в КрАО из Симеиза
в 1977)
Фильтры АЗТ8
Кривые блеска квазаров 1ES 1959+65 и PG 0804+71
Фотометрические наблюдения позволяют:
• Измерить оптическую яркость ядра, что дает независимую
оценку массы центрального тела. П.3
• Определить запаздывание между рентгеновским и
оптическим диапазонами, позволяющее уточнить модель
репроцессинга. П.4
• Выяснить запаздывание между разными частями
оптического диапазона, которое говорит нам о размерах
аккреционного диска.
• Получить красивую картинку!
Фотометрические наблюдения позволяют:
• Измерить оптическую яркость ядра, что дает независимую
оценку массы центрального тела. П.3
• Определить запаздывание между рентгеновским и
оптическим диапазонами, позволяющее уточнить модель
репроцессинга. П.4
• Выяснить запаздывание между разными частями
оптического диапазона, которое говорит нам о размерах
аккреционного диска.
• Получить красивую картинку!
Фотометрические наблюдения позволяют:
• Измерить оптическую яркость ядра, что дает независимую
оценку массы центрального тела. П.3
• Определить запаздывание между рентгеновским и
оптическим диапазонами, позволяющее уточнить модель
репроцессинга. П.4
• Выяснить запаздывание между разными частями
оптического диапазона, которое говорит нам о размерах
аккреционного диска.
Новые штучки
• Сравнительно недавно было обнаружено, что массы
черных дыр коррелируют как со светимостью
родительской галактики (ее сферической составляющей),
так и с дисперсией скоростей звезд в ней.
• Необычайно высокая степень последней корреляции
позволяет независимо определять массы центральных
черных дыр, причем гораздо более простыми методами,
нежели всевышеописанные.
• Также выяснилось, что вместе со светимостью растет (с
хорошей корреляцией) и размер области широких линий.
Новые штучки
• Сравнительно недавно было обнаружено, что массы
черных дыр коррелируют как со светимостью
родительской галактики (ее сферической составляющей),
так и с дисперсией скоростей звезд в ней.
• Необычайно высокая степень последней корреляции
позволяет независимо определять массы центральных
черных дыр, причем гораздо более простыми методами,
нежели всевышеописанные.
• Также выяснилось, что вместе со светимостью растет (с
хорошей корреляцией) и размер области широких линий.
Новые методы
• Сравнительно недавно было обнаружено, что массы
черных дыр коррелируют как со светимостью
родительской галактики (ее сферической составляющей),
так и с дисперсией скоростей звезд в ней.
• Необычайно высокая степень последней корреляции
позволяет независимо определять массы центральных
черных дыр, причем гораздо более простыми методами,
нежели всевышеописанные.
• Также выяснилось, что вместе со светимостью растет (с
хорошей корреляцией) и размер области широких линий.
Зависимость светимости АЯГ от
массы центральной черной дыры
Зависимость размера области
широких линий от светимости АЯГ
Результаты КрАО
1. Уточнена зависимость между массой ЧД и светимостью
активной галактики.
2. Впервые определены массы ЧД в галактиках: 3С 390.3,
Mrk6, 1E0754.3
3. Независимо определены массы ЧД в галактиках: NGC 5548,
NGC 4151, NGC 4051, NGC 4593, Mrk 279, Mrk 290, Mrk 817,
NGC 3227 и NGC 3516.
4. Уточнены размеры области широких линий и скорости
движения газа в более чем 30ти АЯГ.
5. Обнаружена область широких линий в изолированных АЯГ,
что свидетельствует об отсутствии необходимости
взаимодействия
с
другими
галактиками
для
формирования области широких линий.
6. Впервые получена надежная оценка запаздывания между
излучением в континууме и в линии HeII λ4686 для
активной галактики Mrk335 типа NLS1. Размер области
свечения этой линии оказался значительно меньшим, чем
для линии Hβ.
7. Исследованы звезды вокруг нескольких десятков ядер
галактик, среди которых обнаружены новые переменные
и уточнены постоянные, пригодные для фотометрии
активных галактик.
8. Открыты переменные линии излучения НеI
7065А в ядре галактики NGC4151.
4471A и
9. Обнаружено нарушение связи между изменениями
блеска широких эмиссионных линий и континуума в 8
активных галактиках.
Перспективные вопросы
•
•
•
•
•
•
Формирование джетов и их магнитных полей
Структура аккреционного диска
Связь между диском и джетами
Исследование выброшенного вещества
Прямые свидетельства существования ЧД
Альтернативная энергетика
Неожиданно
• Черные дыры связаны с возникновением жизни
на углеродной основе.
Неожиданно
• Черные дыры связаны с возникновением жизни
на углеродной основе.
• Первые человек, упавший в черную дыру, не
сможет попасть в книгу рекордов Гиннеса. Как бы
ни старался )
Неожиданно
• Черные дыры связаны с возникновением жизни
на углеродной основе.
• Первые человек, упавший в черную дыру, не
сможет попасть в книгу рекордов Гиннеса. Как бы
ни старался )
• Зато он сможет посмотреть на наше будущее.
Правда, недолго ))
Ну и зачем все это надо?
Где практический выход?
• «Принцип Максвелла»
• «Принцип Фарадея»
• Альтернативная энергетика
Благодарю за внимание!
Благодарю за внимание!
Вперед, к космическим загадкам,
Несемся мы, как ведьмы на метле!
Чтобы на звездах беспорядки устроить
Как и на Земле! :)
Назаров С.В.
КрАО, 2014
www.astrotourist.info