Материал: Шахбазян Ю. АМБАРЦУМЯН. Этапы жизни и научные концепции

ходиться короткопериодические цефеиды. Межзвездный водород в туманности Андромеды сконцентрирован около главной плоскости и составляет около двух процентов массы всей звездной системы.

Основными галактиками, представляющими интерес для Амбарцумяна, были галактики с активными ядрами, в которых проявлялись бурные и взрывоподобные явления. Их мы рассмотрим позже.

Скопления компактных галактик

В пятидесятых годах прошлого столетия Виктор Амазаспович перешел от исследования нестационарных явлений в мире звезд нашей Галактики к изучению нестационарных явлений во внегалактических объектах.

Все разработанные им теоретические методы, используемые для обнаружения нестабильности кратных звезд и звездных скоплений, оказались применимы и к скоплениям галактик.

Оказалось, что положение дел в мире галактик в этом смысле является еще более благоприятным. Кратные галактики и группы галактик дают интересный материал для суждения о групповом возникновении галактик. Более того, тенденция к группированию в мире галактик настолько сильна, что изучение галактик поневоле связывается с вопросом о природе той или иной группы.

Начиная с 1955 года, Амбарцумян под особым углом зрения проанализировал накопленный наблюдательный материал о кратных галактиках.

Используя понятие систем типа «трапеции» и пользуясь каталогом Холмберга, Амбарцумян установил, что среди 132 кратных галактик 87 имеют такие конфигурации, которые должны быть отнесены к типу «трапеции». Следовательно, они нестабильны.

Тем самым был установлен также следующий важный факт: процент нестационарных кратных галактик в метагалактике больше, чем нестационарных кратных звезд в Галактике.

Многочисленные исследования астрономов дают веские основания считать, что большинство галактик входит в скопления галактик и что процент галактик, составляющих общее метагалактическое поле, сравнительно мал, и мы наблюдаем весьма заметную тенденцию к значительному скучиванью галактик в Метагалактике. Очевидно, что этот факт имеет глу-

бокое космогоническое значение и позволит получить ценные сведения, касающиеся происхождения и развития галактик. Хотя в настоящее время трудно оценить процент всех галактик, входящих в состав скоплений, однако, как уже упоминалось, новые данные говорят в пользу того, что большинство галактик, по крайней мере, имеющих большую абсолютную яркость, входит в состав скоплений. В этом случае можно повторить вывод, который был сделан в отношении звезд: компоненты, входящие в состав данной двойной или кратной галактики, или же в состав данного скопления галактик, образовались совместно. Это утверждение не является следствием какой-нибудь гипотезы о механизме возникновения галактик или групп галактик. Оно непосредственно следует из наблюдаемой сильной тенденции к скучиванию. Подтверждается также, что среди них процент систем галактик типа «трапеции» среди них значительно превосходит процент систем галактик обыкновенного типа. Насколько распространены кратные системы типа трапеции, видно из того, что ближайшая система — туманность Андромеды с ближайшими двумя спутниками — является системой типа «трапеции».

Ранее Амбарцумяном было показано, что количество двойных звезд, кратных систем и открытых скоплений в нашей Галактике в огромное число раз превышает ту численность этих групп, какая могла бы быть при диссоциативном равновесии. Теперь ему удалось показать, что и в метагалактике наблюдается отклонение от диссоциативного равновесия в ту же сторону. Он, прежде всего, заметил, что процент кратных галактик среди всех галактик, составляющих данное скопление, во много раз превосходит тот процент, который должен быть при термодинамическом равновесии. Этот факт без всяких дополнительных предположений приводит к выводу о том, что в каждой кратной галактике ее составляющие имеют совместное происхождение. В этом отношении кратные галактики весьма похожи на кратные звезды, наблюдаемые нами в нашей звездной системе. Например, важным свидетельством в пользу нестационарности скопления галактик в Деве является наличие в нем цепочки ярких галактик, включая эллиптические галактики М84 и М86. Удивительным образом мы встречаем здесь аналогию между скоплениями галактик и ассоциациями, где наблюдаются цепочки горячих сверхгигантов (например, пояс Ориона). По-видимому, сверхтесными галактиками являются радиогалактики (например, Дева А).

Основным выводом из сказанного является то, что возникновение кратных галактик в метагалактике происходит и в нашу эпоху.

Более того, из статистических соображений Амбарцумяном был сделан вывод: составляющие любой кратной галактики возникли совместно.

Но, поскольку многие кратные галактики распадаются на независимые отдельные галактики, то сделанное утверждение относится и к одиночным галактикам.

Теперь установлено, что в современных условиях метагалактики скопления и группы галактик могут либо сохраняться, либо распадаться. Но они не могут обогащаться за счет галактик, которые возникли независимо от них.

Компактные группы компактных галактик

В 1970-х годах Виктор Амазаспович и Цвикки обратили особое внимание на существование среди кратных галактик систем компактных групп компактных галактик. Эти сравнительно молодые системы обладают необычной физической природой и, тем самым, занимают особое место в физике и эволюции галактик. Эти системы указывают на необычную природу этих объектов. Цвикки был первым, кто их систематически изучил и выявил следующие закономерности:

1)среди компактных галактик встречаются и синие, и довольно красные объекты,

2)компактные галактики часто входят в состав пар, триплетов и т. д.,

3)существуют скопления компактных галактик,

4)размеры скоплений компактных галактик сравнимы с размерами обычных скоплений галактик.

Ранее в Бюракане под руководством Амбарцумяна проводились поиски групп компактных галактик. Еще в 1957 году в Бюракане Ромелия Шахбазян обнаружила компактные скопления галактик, обладающие довольно необычными свойствами. В особенности это касалось объекта Шахбазян 11. Фактически Паломарский атлас не содержит другой группы компактных галактик, равной или превосходящей группу Шахбазян 1 одновременно по числу членов, по компактности

ипо компактности членов групп. В 1973 году Робинсон и Бамплер показали, что скопление Шахбазян 1 является далеким скоплением компактных галактик, обладающим довольно необычными свойствами. Это побудило Х. Арпа, Дж. Бербид-

1 Группа Шахбазян 1, содержащая по меньшей мере 20 галактик, является сравнительно богатой группой компактных галактик. Ее линейный диаметр порядка 200 килопарсек.

жа и Джонсона рассматривать его как уникальное по своим характеристическим свойствам скопление галактик.

И вскоре был сделан вывод, что компактность — основная характеристика галактик — членов компактных групп обзора.

Интересным было обнаружение Сейфертовской галактики первого типа Sy1 в группе компактных галактик Шахбазян 355.

В дальнейшем в Бюракане были зарегистрированы 500 групп компактных галактик, а всего их количество оценивается в одну тысячу. Существуют и скопления групп компактных галактик.

Компактность, как уже говорилось, важная характеристика галактик — членов компактных групп компактных галактик. Но для четких исследований нужно иметь определенные критерии компактности. Цвикки был совершенно прав, когда предлагал рассматривать высокую поверхностную яркость, как критерий компактности галактик. Компактные галактики в компактных группах по форме в большей части эллиптические или сферические. Кроме того, среди них встречаются спиральные галактики, число которых значительно меньше. Однако яркие иррегулярные галактики, по-видимому, в компактных группах отсутствуют. Интересно, что меньше десяти прцентов всех известных групп показывают признаки концентрации. Более того, наблюдается низкая плотность галактик в центральных областях некоторых групп. Значительная часть компактных групп аномальна по форме. Среди компактных групп компактных галактик часто встречаются цепочки и системы цепочек. Особенно интересны группы, которые имеют формы незамкнутых кривых (с пустотой посередине). Это так называемые группы периферийной структуры. Кроме того, можно сделать важный вывод — что, по крайней мере, в некоторых случаях компактные группы компактных галактик являются достаточно плотными ядрами более широких и протяженных скоплений. Этот вопрос заслуживает серьезного внимания.

Сейчас на самом крупном (2,6-метровом) бюраканском телескопе эти работы успешно продолжаются. Однако наблюдения компактных групп компактных галактик ведутся не столь интенсивно, как они того заслуживают.

Активные ядра галактик

До 1940-х годов астрономы относились к галактикам как к относительно спокойным объектам. Считалось, что за исключением взрывов сверхновых, в них не происходит никаких активных процессов.

К идее о фундаментальной роли ядер галактик в их эволюции В. А. Амбарцумян пришел не сразу. Этому предшествовали некоторые важнейшие результаты и открытия, полученные известными астрономами-наблюдателями. Важную роль в обосновании концепции активных ядер галактик сыграла работа американского астронома Карла Сейферта1. В середине 1940-х годов он опубликовал замечательное исследование, выполненное в 1940—1942 годах в обсерватории Маунт-Вильсон. Он был учеником Харлоу Шепли2, открытия которого коренным образом изменили наши представления о Галактике и о месте в ней Солнечной системы. Прекрасны научно-популярные книги «Галактики» и «Звезды и люди», написанные Шепли.

Сейферт работал в обсерваториях Гарварда, Макдональда и МаунтВильсон. Ему удалось обнаружить и исследовать серию из десяти спиральных галактик, в которых происходят мощные процессы выделения энергии. Эти галактики внешне не отличались от обычных спиральных галактик. Галактики Сейферта обладают яркими компактными ядрами, в спектрах которых имеются широкие эмиссионные линии. Они свидетельствуют о мощных турбулентных движениях газа в центральной части галактик со скоростями, достигающими нескольких тысяч километров в секунду. Была установлена ранняя активность сейфертовских галактик. Однако на исследования Сейферта астрономы практически не обратили внимания.

Начиная с середины прошлого века, внегалактические исследования сильно расширились, благодаря вторжению в практику астрономических наблюдений всеволновых технических средств. Радиоастрономические и внеатмосферные наблюдения обнаружили ошеломляющие по мощности новые потоки радиоизлучения. Однако оставалась большая проблема — отождествить поток наблюдаемого радиоизлучения с его источником.

В 1951 году известные американские астрофизики В. Бааде и Р. Минковский3 отождествили мощный радиоисточник в созвездии Лебедь с далекой галактикой. Вскоре были отождествлены и другие радиоисточники, и началось всестороннее исследование галактик.

1 Сейферт Карл Кинан (1911—1960) — американский астроном. Труды по изучению галактик и звезд.

2 Шепли Харлоу (1885—1972) — американский астроном. Труды по исследованиям переменных звезд в нашей и других галактиках, а также строению нашей Галактики.

3 Минковский Рудольф Лео (1895—1976) — американский астрофизик. Труды по изучению газовых туманностей, новых и сверхновых звезд, а также пекулярных внегалактических объектов.

Были обнаружены такие сверхмощные радиогалактики, что ни одна теоретическая концепция не могла и близко подойти к объяснению столь гигантских энергий излучения. Все астрофизики по мере своих возможностей начали изобретать различные механизмы образования сверхмощного излучения, не поддающегося объяснению. Началось своеобразное соревнование — кто может предложить, пусть даже умозрительную, концепцию высвобождения таких неправдоподобно сильных излучений.

Так, Бааде и Минковским была предложена гипотеза

столкновения галактик.

Для разгадки этих уникальных явлений Амбарцумян начал с досконального изучения публикаций наблюдательного материала мировой печати, целенаправленного поиска активных галактик в паломарском атласе и проведения дополнительных наблюдений с помощью своих учеников и коллег.

Гипотеза Бааде и Минковского была вскоре опровергнута Виктором Амазасповичем. Он рассчитал, что вероятность столкновения галактик во Вселенной меньше чем 10–11. Это означало, что среди ста миллиардов галактик могут столкнуться только две: событие настолько маловероятное, что теория столкновений галактик была отвергнута1. Против гипотезы столкновения до этого выступили Шкловский и Миллс. Более того, позднее Дж. Бербидж рассчитал, что энергия, выделяемая при столкновении двух галактик на несколько порядков меньше, чем действительное излучение радиогалактик. Полезно провести аналогию между столкновением галактик, в которых звезды расположены далеко дуг от друга, и столкновением двух роев пчел низкой плотности. Станет ясным, что столкновения фактически не произойдет, разве что столкнутся несколько звезд (пчел).

Все накопившиеся у Амбaрцумяна общие представления об эволюции галактик и многочисленные наблюдения свидетельствовали о бурных процессах, происходящих в ядрах галактик. А ведь всего 25 лет назад о галактиках было представление, как о давно сформировавшихся и застывших звездных системах, когда беря в основу медленную эволюцию галактик, создавались морфологические классификации, не замечая бурных динамических активных процессов, в особенности, в центральных околоядерных областях. И не случайно, что Амбарцумян первый обратил серьезное внимание на исследования Сейферта и высоко оценил обнаружение им активных ядер.

1 Амбарцумян В. А. Изв. АН Арм ССР, сер. физ.-матем., естеств. и техн. наук. 1956. № 9, 23.

К этому времени относится опубликованный Амбарцумяном анализ многих интересных галактик, которые послужили

вдальнейшем основой для разработки фундаментальной концепции об активности ядер галактик. Выдвинутая Амбарцумяном концепция о главенствующей роли ядра в жизни галактики гласила:

«Галактики образуются в результате выбросов вещества из их ядер, представляющих собой новый вид “активной материи” не звездного типа. Галактики, спиральные рукава, газопылевые туманности, звездное население и др. образуются из активного ядра галактики».

Бюраканские астрономы хорошо помнят, когда впервые, ранней весной 1957 года, Амбарцумян рассказал о явлении активности ядер галактик. На ученом совете, почему–то на бумаге, а не на доске, как обычно, он долго рисовал карандашом что-то очень похожее на недоэкспонированную галактику М87 (NGC 4486) и со словами, что таких галактик с мощными выбросами из ядра можно обнаружить очень много, пустил рисунок по рукам.

Эту галактику Амбарцумян давно заметил. Отчетливый, гигантский выброс из ядра огромной галактики в свое время произвел на Амбарцумяна неизгладимое впечатление масштабностью процесса. Эта гигантская радиогалактика имеет

воптических лучах особенность, которая ее выделяет среди других эллиптических галактик: из нее исходит голубая струя со сгущениями, которые испускают поляризованное излучение. Тот факт, что струя исходит из центра, не оставляет сомнения в том, что здесь имеет место выброс из ядра галактики. С другой стороны, наличие поляризации излучения сгущений, измеренной Бааде, указывает на то, что механизм свечения, если не полностью, то частично аналогичен механизму свечения Крабовидной туманности. Это означает, что излучение выброса имеет нетепловое происхождение, а спектр сгущений является непрерывным. Отсюда следует, что

всгущениях струи источником излучения являются не только звезды, но и диффузное вещество, находящееся в том же состоянии, что и вещество Крабовидной туманности. Иными словами, в этих сгущениях можно предполагать значительное количество электронов высокой энергии. Вскоре стало понятно, что источники радиоизлучения расположены по всему объему самой галактики. Возможны два предположения:

1)релятивистские электроны были непосредственно выброшены из ядра галактики,

2)из ядра выброшены объекты, которые являются источниками релятивистских электронов столь высокой энергии,

что их синхротронное излучение сосредоточено в оптической области.

Ограничиться первой гипотезой невозможно, поскольку в этом случае нельзя будет понять сосредоточение оптического излучения в малом объеме сгущений. Поэтому надо думать, что источники, испускающие электроны высокой энергии сосредоточены в самих этих сгущениях. Таким образом, Амбарцумян еще в 1950-х годах приходит к пониманию природы рассматриваемых сгущений на джете. Они являются конгломератами облаков релятивистских электронов газовых облаков и нестационарных звезд. Причем нужно заметить, что выброшенная из ядра материя в короткий срок превращалась в подобные конгломераты. Эмиссионная линия λ = 3727, наблюдаемая в области ядра М87, дает, по-видимому, представление о скорости выбросов из ядра. Амбарцумян оценивает порядок сроков, в течение которых могут происходить подобные превращения. Они оказываются порядка 3·106лет. Отсюда Амбарцумян делает важный вывод: наряду с делением ядер галактик в природе могут происходить процессы выбросов из ядер галактик относительно небольших масс. Эти выброшенные массы могут в короткие сроки превращаться в конгломераты, состоящие из молодых нестационарных звезд, межзвездного газа и облаков частиц высокой энергии.

Галактика М87 с отчетливым выбросом из ядра и, особенно со сгущениями на джете, представляла блестящую демонстрацию нестабильности и активности ее ядра. Возможность выброса масс из ядер, предсказанная Амбарцумяном, удивительным образом подтвердилась спустя 50 лет: на космическом телескопе «Хаббл» в 2002—2006 годах был зарегистрирован колоссальный взрыв сгущения, ближайшего к ядру галактики М87. За шесть лет светимость на этом сгущении возросла в 90 раз! К сожалению, Амбарцумяна уже не было в живых, и он не смог обрадоваться воплощению своего предвидения.

Особое место в исследованиях Амбарцумяна занимали голубые выбросы из ядер эллиптических галактик. Рассмотренная нами галактика М87 не является единственной галактикой, в которой мы наблюдаем выброс вещества из ядра.

Вот образец интересной спиральной галактики в Гончих Псах М51 (NGC 5194, NGC 5195, Аrp 85), находящейся на расстоянии 1300 килопарсек. Могучие, яркие, туго закрученные спиральные рукава, динамическая форма, — вот что привлекает внимание в этой галактике. Некоторые волокна темной материи проникают в ядро галактики, подбираются почти к самому ее центру. Эта галактика, называемая «Водоворот»,

единственная спиральная галактика, которая имеет достаточно контрастные ветви. Другая замечательная особенность этой галактики — наличие спутника NGC 5195. Один рукав прослеживается почти на полный оборот вокруг яркого ядра. Другой — менее контрастный — может быть прослежен до его слияния со спутником NGC 5195. Ядра основной галактики и ее спутника имеют одинаковую яркость. Можно подумать и о связи их происхождения или, по крайней мере, об их взаимодействии. Наличие спутника, находящегося на конце спиральной ветви, всегда наталкивало на мысль, что они возникают при взаимном удалении двух или нескольких галактик, возникших из одного ядра.

Можно предположить, что спутник случайно проектируется на экваториальную плоскость спиральной галактики М51. По мнению Амбарцумяна, тот факт, что спиральный рукав не продолжается, или почти не продолжается за спутником, является серьезным свидетельством против этого предположения, и образование типа М51 нельзя считать результатом простого проектирования. Как было указано Б. А. Воронцовым-Вельяминовым, это один из типов двойных галактик, в котором компоненты связаны между собой мощным спиральным рукавом, а не тонким волокном. Это, по-видимому, частично обусловлено тем, что расстояние между компонентами, по крайней мере, на современной фазе развития системы, сравнительно невелико. В случае М51 это расстояние порядка всего трех тысяч парсек.

Существование галактик типа М51 подтверждает гипотезу о связи между процессом деления первоначального ядра и образованием спиральных рукавов.

Однако, говорит Амбарцумян — было бы желательно найти такие случаи, где связь между спиральной структурой и наличием спутника более убедительна. В дальнейшем Амбарцумян обнаружил новый выброс из ядра, который Арп впоследствии назвал Ambartsumian’s knot — узел Амбарцумяна. Было отчетливо видно, что из галактики NGC 3561B выброшен вправо массивный сгусток. Он был связан с ядром эллиптической галактики тонкой струей (траекторией сгустка). Амбарцумян предположил, что этот сгусток имеет голубой цвет. Первоначально блестящий наблюдатель Цвикки сомневался относительно голубизны этого сгущения. Однако он самостоятельно измерил его цвет, убедился в его голубизне и поздравил Амбарцумяна с этим. После этого бюраканские астрономы обнаружили многочисленные галактики с голубыми выбросами из их ядер, которые свидетельствовали об их молодости.

Интересна судьба этих голубых выбросов и самого Амбарцумяновского узла. Они стали объектами детального спектрофотометрического исследования в диссертации аспиранта Стюардской oбсерватории Университета штата Аризоны, ныне известного астрофизика Аллана Стоктана. Он, получив спектры голубых выбросов бюраканского списка, первый подтвердил наличие ярких эмиссионных линий в них водорода, кислорода, азота, серы и неона, как предсказывал В. А. Амбарцумян. Астрономический мир встретил это известие с большим интересом.

Позднее Оорт обнаружил истечение вещества из ядра нашей Галактики.

В дальнейшем было установлено, что взрываться могут вообще все галактики, но одновременно в стадии взрыва находится один процент из них. То есть, представляется, что все галактики проходят стадии взрывов и что в эти периоды большая часть их вещества разрушается и перестраивается. Расчеты показывают, что описываемые взрывы происходят в каждой галактике примерно один раз в сто миллионов лет. Сравнительно недавно радиоастрономы и астрофизики с инфракрасной аппаратурой зарегистрировали взрыв в центре нашей Галактики. Существует даже вероятность того, что возникшие в результате взрывов в ядре нашей галактики гигантские пылевые облака, дошли и до Солнечной системы.

Согласно Амбарцумяну, признаками активности ядер галактик согласно Амбарцумяну, при котором разнообразным образом выделяется очень большое количество энергии, являются:

1)извержение газовой материи в виде джетов или облаков из области ядра со скоростями до сотен и тысячи км/сек;

2)непрерывное истечение потока релятивистских частиц

идругих агентов, производящих частицы высоких энергий, в результате чего вокруг ядра может формироваться радиогало;

3)радиовспышки, способствующие превращению галактики в Радиогалактику;

4)эруптивные выбросы релятивистской плазмы;

5)эруптивные выбросы газовой материи;

6)выбросы компактных конденсаций с абсолютной величиной порядка карликовых галактик. В этом случае возможно также деление ядра на два или более, сравнимых по величине, инициирующих формирование кратных галактик.

Но тогда, в 1957 году, концепция Амбарцумяна о главенствующей роли ядра в жизни галактики вызвала недоумение даже среди астрономов Бюракана и была встречена без энтузиазма почти всеми астрономами во всем мире, посколь-