ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2014, том 40, № 12, с. 816-829
УДК 524.6
СТРУКТУРА И МЕРА ВРАЩЕНИЯ ЯДРА ГАЛАКТИКИ М 87
© 2014 г. Л. И. Матвеенко*, С. В. Селезнев
Институт космических исследований РАН, Москва Поступила в редакцию 14.07.2014 г.
Исследована тонкая структура ядра радиогалактики М 87 на длинах волн 2 и 3 см, кинематика которой определяется поступлением окружающей тепловой плазмы на "аккреционный диск", перетеканием ее по спирали к центру и эжекцией биполярного потока, уносящего избыточный угловой момент по мере накопления. Остаток вещества выпадает на центральное массивное тело — черную дыру. Во вращающемся диске и биполярном потоке возбуждаются кольцевые токи — магнитные поля. Видимая структура определяется синхротронным излучением релятивистских электронов, прошедшим через окружающую магнитоактивную плазму, которая вращает ориентацию плоскости поляризации. Регулярная составляющая меры вращения в направлении центра структуры ядра достигает 104 рад м~2 и экспоненциально спадает в контрджете до нулевого уровня на расстоянии 0.15 пк от эжектора. В джете, начиная с расстояния 0.2 пк, спад замедляется и на расстоянии 0.5 пк соответствует значение НМ = 200 рад м~2. Смещение регулярной составляющей меры вращения на ^40 мпк в сторону джета определяется диском, наклонным в эту сторону. Превышения меры вращения на ^2000 рад м~2 наблюдаются в местах расположения ярких фрагментов потоков и связаны с их магнитным полем. Параметры окружающей среды—экрана соответствуют Ь = 0.05—0.5 пк, N « 105 см~3 и Вц= 200— 500 мГс. Продольная составляющая магнитного поля направлена на наблюдателя.
Ключевые слова: галактики, структура ядра галактики, мера вращения галактики.
DOI: 10.7868/80320010814120079
ВВЕДЕНИЕ
Радиоисточник Дева А или 3С 274 по Кембриджскому каталогу является Гигантской эллиптической галактикой М 87. Это ближайшая к нам галактика, ее красное смещение г = 0.0044 и соответствует расстоянию 16.75 Мпк, а угол в 1" — 78 пк (Витмор и др., 1995). Центральная активная зона галактики включает ядро и джет. В начальной части джета преобладают жесткое ТэВ и рентгеновское излучения, вклад которых снижается по мере удаления относительно оптического. В линиях На наблюдается контрджет в виде двух узких параллельных полосок протяженностью до 130" (~10 кпк) (Арп, 1967). Протяженность джета на дециметровых волнах достигает 1.5 кпк и переходит в симметричную протяженную структуру "радиоуши", что предполагает биполярное истечение потока: джет и контрджет (Овэн и др., 1989, 2000). Формирование структуры аналогично вихрю и определяется процессами, обратными центрифуге. Тепловая плазма окружающего пространства поступает на диск, перетекает по спиральной траектории к центру и эжектируется в виде бипо-
Электронный адрес: lmatveenko@gmail.com
лярного потока. Скорость кругового движения существенно превышает радиальную составляющую. Остаток вещества выпадает на центральное массивное тело — черную дыру (Матвеенко, Селезнев, 2011а, б). Формированию структуры сопутствует возбуждение токов — магнитных полей. Высвечивание релятивистских электронов в магнитном поле проявляет структуру. Магнитное поле охватывает окружающую тепловую плазму и изменяет ориентацию плоскости поляризации проходящего синхротронного радиоизлучения. Исследованию распределения меры вращения среды в области ядра и посвящена данная работа.
СТРУКТУРА ЯДРА М 87
Структура активной зоны радиогалактики М 87 типична для объектов с активными ядрами и состоит из ядра и эжектируемого биполярно потока. Рассмотрим их особенности.
Контрджет
В рассматриваемом объекте в области, противоположной джету, в линиях На наблюдаются две
12h28m18?0 17.s6 17.s2 16S8 16S4 16?0 15.s6
Right ascension (1950.0)
(6)
a
£
tion 10 at
in
e
« 0
Js
R
10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60
Right a.cen.ion (ma.)
Map center: RA: 12 30 49.423, Dec: -12 23 28.044 {2000.0} Map peak: 1.3 Jy/beam
Contours %: 0.15 0.5 1 2 5 10 20 30 40 50 60 70 Beam FWHM: 1 x 1 (mas) at 0°
Рис. 1. (а) — Карта радиогалактики М 87 на волне Л = 2 см, усреднение ф = 0". 6, эпоха март 1979 г. Уровни изофот %: (35, 30, 25, 20, 16, 12, 8, 6, 4, 3, 2, 1) /peak = 10.17 мЯн/луч (Овен и др., 1980). На штрихпунктирной линии показано положение компактных компонент — тангенциальных направлений кольцевых эжекторов диска. (б) — Карта М 87 на волне Л = 2 см, усреднение ф = 1 мсек. дуги, эпоха 23 мая 2009 г. Уровни изофот %: (0.15, 0.5, 1, 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70) /peak = 1.3 Ян/луч.
параллельные полоски протяженностью до 130" кпк). Полоски разнесены друг относительно друга на кпк (Арп, 1967). Излучение в линиях На определяется тепловой плазмой, электронная температура которой Те « 2 х 104 К. Плотность частиц в полосках достигает ~0.1 см-3, а их лучевая составляющая скорости движения V ~ 1500 км/с. Контрджет представляет собой пустотелый вращающийся поток тепловой плазмы, тангенциальные направления которого соответствуют параллель-
ным полоскам. Диаметр трубки, равный кпк, определяется внешней частью диска — соплом, из которого происходит истечение вещества, уносящего избыточный угловой момент (Матвеенко, Селезнев 2011а, в). Скорость вращения эжектируе-мого потока существенно превышает скорость его поступательного движения.
Джет
Длина джета, наблюдаемого в оптике, достигает 1.6 кпк, а ширина 160 пк (Спаркс и др., 1996).
(в)
Right ascension (mas)
Map center: RA: 12 30 49.423, Dec: +12 23 28.044 {2000.0}
Map peak: 0.927 Jy/beam
Contours %: 0.5 1 2 5 10 20 30 40 50 60 70
Beam FWHM: 1 x 1 (mas) at 0°
Рис. 1. (в) — Карта М 87 на волне А = 3.5 см, усреднение р = 1 мсек. дуги, эпоха 23 мая 2009 г. Уровни изофот %: (0.5, 1, 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70) /peak = 0.927 Ян/луч.
Вероятно, джет также окружен потоком тепловой плазмы, но синхротронное излучение джета блендирует излучение в линиях На. Синхротронное радиоизлучение джета наблюдается в широком спектре радиоволн. Наблюдения на длине волны Л = 6 см с секундным разрешением показали, что протяженность джета достигает ^20" или ~1.6 кпк (Овэн и др., 1980). На длине волны Л = 2 см с разрешением р = 0.6" структура джета идентична, но на пределе обнаружения выделяются две пары параллельных цепочек компонент, интенсивность излучения которых ~10 мЯн/луч, а яркостная температура Ть ^ 2 х 108 К (рис. 1а). Цепочки соответствуют тангенциальным направлениям пустотелых потоков — трубок с относительно невысокой оптической толщей и энергией релятивистских электронов. Расстояние между внешними цепочками ^8.6" или ^700 пк и внутренними — ^3.8" или ^300 пк. Джет ориентирован под углом около ^70° в картинной плоскости.
На дециметровых волнах яркостная температура центрального высокоскоростного потока достигает Ть ~ 1010 К и блендирует излучение низкоскоростных потоков, что ограничивает возможность их исследования. Предполагалось, что джет окружен шубой — пограничным слоем. Установлено, что магнитное поле джета параллельно скорости движения потока В|| V (Овэн и др., 1980, 1989). Дальнейшие исследования тонкой структуры дже-та в диапазоне сантиметровых волн показали, что магнитное поле джета В определяется кольцевыми токами, возбуждаемыми во вращающемся потоке плазмы — соленоиде, и ориентировано вдоль его оси. Скорость вращения потока существенно
превышает скорость поступательного движения. (Матвеенко, Селезнев, 2011а, в).
Аккреционный диск
В структуре ядра на длине волны Л = 2 см с разрешением р = 0.6" выделяется яркий компактный источник в центре цепочки, состоящей из двух пар компактных компонент, расположенных вдоль штрихпунктирной линии (рис. 1а и 1б) (Овэн и др., 1980). Цепочка ориентирована в картинной плоскости под углом ^8°. Размеры цепочки достигают 8.6". Положение компонент р в секундах дуги и интенсивность их излучения I в Ян/луч приведены в табл. 1. Яркостная температура компонент достигает ТЬ2 = 108 К.
При разрешении р = 1 мсек. дуги проявляются внутренние компоненты цепочки, разнесенные на расстоянии до 16 мсек. дуги (рис. 1в). Размеры компонент увеличиваются с удалением от центра. Их яркость достигает 1% пикового значения 1р2 = = 1.3 Ян/луч, а яркостная температура соответствует Ть2 ~ 108 К (табл. 1). На длине волны Л = = 3.5 см, при разрешении р = 1 мсек. дуги в диске также наблюдаются компактные компоненты рис. 1в. Как и на волне 2 см, их размер увеличивается с удалением от центра примерно в 2 раза, увеличивается и яркость (табл. 1). Яркость удаленной компоненты достигает 2% пикового значения 1р3 = 0.93 Ян/луч и соответствует яркостной температуре ТЬз ~ 4 х 108 К. Яркость выше в раза по сравнению с яркостью на длине волне Л = 2 см.
Таблица 1. Яркости тангенциальных элементов колец в диске I
Номер р, мсек. дуги р, ПК /2, Ян/луч ТЬ2, 1010 К /3, Ян/луч Тьз, Ю11 К
5 4.3" 350 10 10~5 - -
4 1.8" 150 10 Ю-5 - -
3 16 1.3 15 12 20 5
2 9 0.7 10 8 10 2.5
1 2 0.16 7 6 5 1.2
-1 2 0.16 12 9 10 2.5
-2 9 0.7 7 6 12 3.0
-3 - 1.3 - 10 - -
-4 1.8" 150 10 ю-5 - -
-5 4.3" 350 10 ю-5 - -
Примечание. р — Радиусы, I — яркости, Ть — яркостные температуры тангенциальных направлений колец диска. Расстояние р в сек. дуги — строки № = ±(4—5), в мсек. дуги — строки № = ±(1—3).
Рассматриваемые пары компонент соответствуют тангенциальным направлениям колец — областей эжекции потоков. Диаметры внешних колец 700 и 300 пк, а внутренних ^2.6 пк (табл. 1). Из кольцевых сопел эжектируются пустотелые потоки — трубки, уносящие избыточные угловые моменты по мере их накопления. Эжекция потоков происходит в картинной плоскости в направлении ^75° относительно ориентации плоскости диска.
КИНЕМАТИКА АКТИВНОЙ ОБЛАСТИ ГАЛАКТИКИ
Вихрь
Структура радиогалактики М 87 определяется ее кинематикой, подобной вихрю—торнадо. Тепловая плазма окружающей среды поступает в азимутальной плоскости, перетекает по спиральной траектории к центру и эжектируется в виде вращающегося биполярного потока, унося избыточный угловой момент по мере его накопления. Остаток вещества выпадает на формирующееся центральное тело. Скорость вещества растет с приближением к центру. При этом существенно преобладает скорос
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.