История открытия

В начале 60-х годов астрофизики обнаружили совершенно неожиданные источники излучения, которые назвали квазарами (квази-звездные радиоисточники). Это довольно сильные радиоисточники, которые были отождествлены со слабыми звездами (самый яркий в оптическом диапазоне квазар -- 3C 273 -- отождествлен со звездой

), хотя и не совсем обычными: квазары имеют сильный избыток ультрафиолетового излучения, что говорит или об очень высокой температуре, или о нетепловой природе их оптического излучения. Однако главная особенность квазаров заключалась в присутствии в спектре сильных широких эмиссионных линий, которые не удавалось отождествить ни с одним химическим элементом!

В 1963 г. американский астрофизик Мартин Шмидт отождествил эмиссионные линиии в спектрах квазаров 3C 48 и 3C 273 с линиями водорода, но очень сильно смещенными в красную область (красное смещение и 0.16 соответственно). Красное смещение интепретируется как эффект Допплера: если объект удаляется, линии в его спектре смещаются к красную сторону, если приближается -- в синюю. Тогда по величине красного смещения можно определить скорость удаления или приближения. Красное смещение в спектрах галактик давно известно и считается оно космологическим расширением Вселенной, -- чем дальше от нас находится галактика, тем быстрее она от нас удаляется.

Поскольку для всех галактик скорость удаления пропорциональна расстоянию, по величине красного смещения можно вычислить расстояние до объекта. Коэффициент пропорциональности, или постоянная Хаббла, определяется в пределах от 50 до 100 км/с на 1 мегапарсек и в настоящее время считается наиболее вероятным значение . Однако таких величин красного смещения и, соответственно, скорости удаления, как у квазаров 3C 273 и 3C 48, астрофизики еще не знали. Красное смещение этих квазаров соответствует скорости удаления примерно 40 и 80 тысяч км/с, а сейчас известны квазары и радиогалактики, имеющие красное смещение 3-4 ( соответсвует скорости удаления 240000 км/с).

Но в таком случае получается, что расстояние до квазара 3C 273 более 500 Мпк, а 3C 48 -- более 1000, значит мощность излучения квазаров необычайно велика. В астрофизике принято измерять мощность излучения объектов (светимость) в единицах светимости Солнца ( $L_\odot=4\cdot 10^{33}$ эрг/с), а массу -- в единицах массы Солнца ( $M_{\odot}=2\cdot 10^{33}$ граммов). Мощность излучения квазаров достигает $10^{46}$ - $10^{48}$ эрг/с, т.е. их светимость превышает светимость Солнца в сотни миллиардов раз. Но и масса квазаров должна соответствовать их светимости, так как светимость пропорциональна массе (известный закон масса-светимость). Предельная, так называемая эддингтоновская, светимость составляет $1.38\cdot 10^{38} (M/M_{\odot})$ эрг/с. Иначе объект просто не сможет существовать: световое давление превысит гравитацию. Следовательно, большая светимость квазара требует наличия и большой массы. Если мы сопоставим приведенные выше числа, то окажется, что массы квзаров должны превышать массу Солнца в сотни миллионов-миллиарды раз!

Когда некоторая эйфория, связанная с отождествлением спектров квазаров, прошла, и началось их планомерное исследование, вспомнили, что еще в 1942 г. американский астроном Карл Сейферт опубликовал список галактик примерно из десятка объектов, спектры которых очень похожи на спектры планетарных туманностей, только ширины линий намного больше. Почти все сейфертовские галактики -- спиральные, и на фотографиях ничем, кроме звездообразного ядра, не отличаются от обычных (``нормальных'') спиральных галактик. Необычными были только их спектры.

Оказалось, что спектры этих, как их стали называть в дальнейшем, сейфертовских, галактик совершенно такие же, как и спектры квазаров: эмиссионные линии водорода H $\alpha$ , H $\beta$ , H $\gamma$ и т.д., запрещенные линии ионизованного кислорода [OIII] -- так называемые небулярные линии, -- линия ионизованного гелия HeII $\lambda 4686$ Å¹ и другие. Так же, как и в квазарах, разрешенные линии водорода и гелия очень широкие -- ширины линий соответствуют скоростям движения газа порядка 10000 км/с, запрещенные линии узкие, их ширины соответствуют скоростям несколько сотен км/с. Но в отличие от квазаров сейфертовские галактики по виду спектра можно четко разделить на два типа: объекты с широкими разрешенными линиями и узкими запрещенными (Sy 1) и объекты, в спектрах которых разрешенные линии имеют примерно такую же ширину, как и запрещенные, т.е. отсутствуют широкие крылья разрешенных линий (Sy 2). Речь идет именно о широких крыльях линий, так как все разрешенные линии оказались двухкомпонентными -- помимо широкой есть и узкая компонента, подобная запрещенным линиям. Поскольку ширина линии отражает скорости движения газа, в котором эти линии возникают, ясно, что должны существовать две совершенно разные области формирования эмиссионных линий. Эти области назвали соответственно BLR (Broad Line Region -- область широких линий) и NLR (Narrow Line Region -- область узких линий).

Наличие звездообразного ядра, радиоизлучения и ультрафиолетового избытка делают сейфертовские галактики еще более похожими на квазары, только не с такими большими красными смещениями -- красное смещение для сейфертовских галактик составляет от нескольких тысячных до нескольких сотых. Так, наиболее известная и близкая сейфертовская галактика NGC 4151² имеет красное смещение , что соответствует скорости удаления всего 1000 км/с. По выражению И.С.Шкловского в ядре сейфертовской галактики находится мини-квазар.

В 1967 г. радиоисточник VRO 42.22.01 был отождествлен с давно известной переменной звездой BL Ящерицы (BL Lac), которая числилась в каталоге как неправильная переменная с большой амплитудой. Когда получили спектр этой звезды, оказалось, что в спектре совершенно отсутствуют линии, как обычные звездные (абсорбционные -- линиии поглощения), так и эмиссионные линии квазарного типа. Вскоре появился целый класс таких объектов: компактные звездообразные радиоисточники с чисто континуальным (непрерывным) спектром. По имени первого объекта BL Lacertae их стали называть ``объектами типа BL Lac'', или ``лацертидами''. Помимо отсутствия линий в спектре они характеризутся также наличием сильной поляризации излучения -- порядка 10% (иногда до 20). Интересно, что и некоторые другие ``лацертиды'' также были отждествлены с известными переменными звездами, например, AP Lib, W Com).

Довольно долго считали, что ``лацертиды'' -- это объекты нашей Галактики, причем достаточно близкие. Только в середине 70-х годов в спектре BL Lac удалось обнаружить очень слабые эмиссионные линии -- линию водорода H $\alpha$ и небулярную линию [OIII] $\lambda 5007$ , т.е. те же линии, которые наблюдаются в спектрах квазаров и ядер сейфертовских галактик. Оказалось, что красное смещение для BL Lac составляет 0.07, т.е. расстояние до объекта около 300 Мпк. В дальнейшем были получены красные смещения и других ``лацертид''. Один из самых далеких ``лацертид'' имеет красное смещение 0.6, т.е. находится дальше многих квазаров.

Примерно в это же время были обнаружены окружающие галактики у ``лацертид''. Стало ясно, что ``лацертиды'' -- это звездообразные ядра галактик, только в отличие от сейфертовских (спиральных) галактик родительские галактики ``лацертид'' оказались эллиптическими, в большинстве гигантскими. Таким образом, ``лацертиды'' оказались активными ядрами (гигантских) эллиптических галактик, сейфертовские ядра -- спиральных. А что же квазары?

В конце 70-х -- начале 80-х годов обнаружили окружающие (родительские) галактики и у некоторых квазаров. В дальнейшем, особенно с развитием ПЗС-фотометрии³, окружающие галактики нашли у многих квазаров. Примерно в половине случаев эти галактики оказались спиральными. Поэтому в настоящее время и квазары, и ядра сейфертовских галактик, и ``лацертиды'' считаются одним классом объектов -- активными ядрами галактик (АЯГ, или AGN -- Active Galactic Nuclei). Различаются они прежде всего мощностью излучения (светимостью), как абсолютной, так и относительно окружающей (родительской) галактики. Так, ядра сейфертовских галактик имеют светимость $10^{43}$ - $10^{45}$ эрг/с, светимость ядра составляет 20-30 процентов от светимости всей галактики. Светимость ``лацертид'' в среднем несколько больше, но относительно своей галактики достигает 90 процентов. Светимость квазаров достигает $10^{46}$ - $10^{48}$ эрг/с и составляет 99% светимости окружающей галактики. По спектральным характеристикам квазары можно отнести к типу Sy 1 (широкие разрешенные и узкие запрещенные линии), сейфертовские галактики делятся на типы Sy 1 и Sy 2, ``лацертиды'' -- объекты с континуальным спектром (без линий).

К настоящему времени известно более 5000 квазаров, около 1000 сейфертовских галактик и более сотни ``лацертид''. В дальнейшем будем говорить об активных ядрах галактик, уточняя, что именно имеется ввиду -- квазары, ``лацертиды'' или ядра сейфертовских галактик -- только при необходимости.