И кое-что о вращении эллиптических галактик

Про вращение эллиптических галактик я рассказывал не раз.
Про ближайший к нам сверхгигант класса сD - эллиптическую галактику М87 (Дева А) - я тоже рассказывал (https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/51347.html).
А теперь - кое-что наглядное - карта скоростей центральной части галактики М87 ( (синие области - удаление, красные - приближение):

Обратите внимание на величины скоростей. Звезды Млечного пути на таком радиусе имеют скорости, на порядок большие.
Так что карта наглядно показывает, насколько скорости звезд в эллиптических галактиках меньше чем в спиральных, и иллюстрирует, отчего эллиптические сверхгиганты являются намного более плотными.

Fifteen men on the dead man's chest

На фотографии - множественное взаимодействие галактик в центре кластера Abell 2744 (три с половиной миллиарда световых лет по времени распространения).

В большем масштабе - https://www.aao.gov.au/files/press/galaxy-cluster-Abell-2744-HST-full-jpg.jpg
Само большое и богатое скопление Abell 2744 сформировалось очень быстрым, фактически, одномоментным (длительность порядка трети миллиарда лет) слиянием нескольких (скорее всего, четырех) скоплений.
Суммарная масса скопления оценивается приблизительно в четыре триллиона солнечных масс.
Расчеты показывают, что значительная часть видимых на фотографии галактик к настоящему времени (через три с половиной миллиарда лет после момента, запечатленного на фотографии) уже не существуют вследствие взаимодействий мерджингов. Есть подозрение, что около двухсот миллиардов звезд из числа видимых на фотографии к настоящему времени разбросаны по межгалактическому пространству.

Мимоходом

..вот я и говорю: малые мерджинги изменяют радиус, большие - момент, и если учесть, что пока галактика мала, для нее все мерджинги - большие, а когда она вырастает - малые, удивляться тому, что чем больше галактика, тем выше скорость обращения ее звезд, не приходится.

(Это я - про https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/3161.html и https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/13801.html, если что).

И еще о джетах активных ядер

Кое-что о джетах активных ядер галактик я рассказывал здесь: https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/58275.html.

А теперь конкретный пример.

Радиогалактика IC 310 удалена от нас примерно на 260 миллионов световых лет. В ее центре находится черная дыра массой около 300 миллионов солнечных.

Характерный период колебаний мощности гамма-излучения джета, излучаемого с полюсов центральной черной дыры этой радиогалактики составляет около 4,8 минуты. Это говорит о том, что диаметр основания джета составляет не более восьмидесяти-девяноста миллионов километров. Чуть более четверти диаметра орбиты Земли. Меньше диаметра орбиты Меркурия.
При этом диаметр горизонта событий самой черной дыры - около пятисот миллионов километров. Больше орбиты Марса.

Интересное - двойная дыра и четыре джета

Двойная черная дыра и ее четыре джета в центре гигантской эллиптической галактики NGC1128.

Эта же фотография в большем масштабе - http://images.ipac.caltech.edu/chandra/319/chandra_319_2400.jpg

Синий цвет - рентгеновское излучение рассеянного газа в центральной области галактики, нагретого до нескольких миллионов градусов.
Розовый цвет - радиоизлучение джетов.
Белый цвет - раскаленные аккреционные диски вокруг черных дыр.
Дыры обращаются друг вокруг друга с орбитальной скоростью 1200 км/с, закручивая джеты и интенсивно поглощая газ. Расстояние между черными дырами - 25 тысяч световых лет (почти четверть диаметра диска Млечного пути!).
Все это вместе иногда обозначается как квазар 3С75.
Удаление от нас - 300 миллионов световых лет.
Пара образовалась при слиянии двух родительских галактик в одну эллиптическую.

И немного об истории - и об активных ядрах

Последняя перепись активных ядер галактик показывает, что наиболее активный рост сверхмассивных черных дыр во Вселенной наблюдался в среднем 10-11 миллиардов лет назад.
Времена, когда активные ядра наблюдались в очень большом количестве, и интенсивность излучения квазаров и галактик Сейферта почти не зависела от массы черной дыры, его вызывающей, начали проходить примерно девять миллиардов лет назад. Начиная с этого времени свободный наз в галактиках начал постепенно исчерпываться, и активность наиболее массивных черных дыр начала снижаться (разумеется, не считая подпитываемых мерджингами черных дыр сверхгигантских эллиптических галактик - речь идет о большинстве случаев, то есть, о черных дырах, использующих собственные ресурсы своих, в первую очередь, спиральных галактик). При этом показательно то, что в первую очередь, снижалась активность самых крупных черных дыр, которые "уже все съели", а менее крупные, которые не успели поглотить весь доступный в их галактике материал для аккреции, могли сохранять активность. Именно поэтому, начиная примерно с восьми миллиардов лет от наших дней, проявилось резкое падение активности ядер галактик, содержащих более массивные черные дыры, и функция зависимости активности ядра галактики от массы черной дыры начала заметно эволюционировать в сторону обрезания по большим массам.
В результате в современной Вселенной галактики с активными ядрами преимущественно делятся на две группы:
- сверхгигантские эллиптические галактики классов cD, D и gE (https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/2388.html) - этим законы не писаны, они питаются соседями, пока не превратятся в далеко проэволюционирующий ископаемый кластер https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/1661.html;
- спиральные (и не слишком крупные эллиптические) галактики с относительно небольшими центральными черными дырами, преимущественно, проявляющими активность как галактики Сейферта (https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/2200.html).

Отсюда можно сделать два вывода.

Вывод первый - становится ясным, отчего в наших окрестностях сейфертовых галактик полно, а квазаров не видно (ближайшие - в двух миллиардах световых годах). У черной дыры средних размеров как правило, возможностей проявить себя как квазар уже нет - не найти столько материала для поглощения - а сверхгигантские эллиптические галактики с колоссальными черными дырами редки, да и активность умеют проявлять иначе, как, скажем знаменитая М87 https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/51347.html и ей подобные колоссы.

Вывод второй. Идеальным кандидатом в галактики с активным ядром для современных условий является Млечный путь. А активности ядро нашей Галактики, тем не менее, не проявляет.
Может, временно https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/47893.html?

И круг замкнулся...

Долгие годы считалось, что галактики состоят из звезд и являются их гигантскими скоплениями.
Потом наука пришла к пониманию того, что галактики кроме звезд состоят еще и из темной материи, которой в них куда больше, чем звезд.
Наконец пришло осознание того, что звезды вообще не являются необходимой составной частью галактики - необходимым компонентом галактики является только темная материя, а сами галактики, в сущности, являются скоплениями темной материи, притянувшими к себе видимую (барионную) материю, которая и оформилась в звезды и прочую видимую нам часть галактики.
Я обо всем этом писал. И упоминал о том, что существуют галактики, в которых звезд почти нет, а подчас, и галактики, в которых звезды, в сущности, совсем отсутствуют.

А потом круг замкнулся. И в 2015 году появилось исследование, в котором доказывалось, что теоретически, при некоторых условиях возможно было бы формирование и дальнейшее устойчивое существование галактик (причем, вовсе не любых - только лишь карликовых), которые состояли бы исключительно из звезд, без темной материи. Правда, на экспериментальное обнаружение такой экзотики авторы исследования не претендовали.

Интересное - NGC 5813

Это - удаленная от нас на 105 миллионов световых лет гигантская эллиптическая галактика NGC 5813.
Галактика превосходит по массе Млечный путь более, чем на порядок, и является доминирующей галактикой богатого скопления типа I ( https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/2002.html), насчитывающего около полутысячи членов и имеющего суммарную полную массу около восьмисот триллионов солнечных.

Видим обычную для гигантских эллиптических галактик картину - как всегда, в оптике царят тишь, благодать, благочиние и всяческое прочее благолепие.

Смотрим на фотографию той же галактики в рентгеновском диапазоне от орбитального рентгеновского телескопа "Чандра", нанесенную на оптическую фотографию:

(она же в большем масштабе - http://chandra.harvard.edu/photo/2015/ngc5813/ngc5813_lg.jpg)
Мы видим сверхзвуковые волны (видны как комбинации фронтов, окаймляющих три пары колоссальных пустот, расположенных по диагонали от левого верхнего к правому нижнему краям), генерируемые джетами сверхмассивной черной дыры и распространяющиеся далее по объему галактики
Фотография показывает, что в течение последних пятидесяти миллионов лет активность сверхмассивной черной дыры в центре галактики была не постоянной, а носила характер трех последовательных извержений, намного превосходивших по мощности активность "спокойного" периода. Последнее извержение мощных джетов продолжается сейчас.
И никакого благочиния и благолепия...

А дальше - обращаемся к Музе и Саурону. Благо, это сделать несложно: MUSE - это Multi-Unit Spectroscopic Explorer, интегрированный спектрограф в Европейской Южной обсерватории на Паранале (Чили), а SAURON - Spectroscopic Areal Unit for Research on Optical Nebulae, панорамный спектрограф на Канарах (у Саурона даже свой сайт есть, http://www.strw.leidenuniv.nl/sauron).
И вот при спектрографии галактики посредством этой славной пары начинают выясняться интереснейшие вещи: во внутренних областях гиганта находятся два противоположно вращающихся и четко динамически разделенных компонента в форме торов (или толстых дисков) различающихся радиусов. То есть, проще говоря, внутренняя область галактики включает в себя две части, вращающиеся в противоположные стороны (при этом еще и пересекаясь).
При этом ионизированный горячий газ в галактике живет сам по себе - он обращается отдельно, со своими скоростями и их дисперсией. Можно считать его третьим компонентом.
Происхождение этих чудес, в общем, качественно понятно - они унаследованы от древнейших больших галактик, слиянием которых образовалась NGC 5813 - но рассматриваются также версии того или иного участия массированной аккреции межзвездного газа (а то и множественного захвата малых галактик-спутников заодно) в формировании такой интересной и удивительной динамики.

Самый яркий - APM 08279+5255

О ярчайшем известном в настоящее время объекте - блазаре (лацертиде) APM 08279+5255 - я коротко рассказывал здесь https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/13868.html.
Но мне кажется, что он заслуживает отдельного рассказа.

APM 08279+5255 удален от нас на 12,05 миллиарда световых лет (по времени распространения, https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/7900.html), то есть, наблюдается в момент, когда Вселенной было всего лишь немногим более 1,6 миллиарда лет, и линзируется спиральной галактикой, находящейся на луче нашего зрения.
Несколько лет считалось, что линзирование повышает видимую яркость квазара в 50-100 раз. При этом яркость объекта оказывалась гигантской - примерно в 100 - 200 триллионов раз выше светимости Солнца, что само по себе выводило APM 08279+5255 в славную когорту чемпионов по светимости.
Однако детальные наблюдения в широком диапазоне длин волн показали, что дело обстоит не так - модель, согласующаяся с наблюдениями, заключается в линзированиии изображения лацертиды небольшой спиральной галактикой, находящейся в сильном ракурсе, причем коэффициент усиления при линзировании составляет всего лишь около четырех. А это означало, что истинная яркость квазара намного выше первоначально рассчитанной и составляет около квадриллиона (!!!) солнечных светимостей или почти на три порядка выше суммарной светимости Млечного пути.
Изучение линзированных изображений принесло много интересной информации о ярчайшем известном квазаре, даже несмотря на его большую удаленность.
Во-первых, выяснилось, что он является активным ядром гигантской эллиптической галактики (замечу, это - лишнеее подтверждение того, что уже спустя полтора с лишним миллиарда лет после Большого взрыва гигантские эллиптические галактики существовали во всей своей красе. То есть, лишний раз подтверждается кажущийся парадокс, заключающийся в том, что чем больше размер эллиптической галактики, тем раньше она сформировалась в готовом виде - даунсайзинг https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/18047.html).
Во-вторых, сама эллиптическая галактика вовсе не похожа на современные. Если современные колоссы давно завершили активное звездообразование, то в недрах этой галактики в силу ее юного возраста оно протекает с колоссальной интенсивностью, так что галактика относится к числу ULIRG - ультраярких инфракрасных галактик ( https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/17412.html). В наши дни, разумеется, гигантских эллиптических LIRG уже нет и быть не может - они уже давно, миллиарды лет назад, исчерпали материал для звездообразования, за это время в них успели умереть большие и короткоживущие звезды, остались только более долгоживущие, маленькие и неяркие, в результате чего нынешние эллиптические галактики являются красными и относительно тусклыми для своих колоссальных размеров (см. https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/42934.html).
В третьих, основное звездообразование в галактике происходит в диске радиусом всего лишь около двух тысяч световых лет, окружающем ее центр. Вообще, структура центральной части галактики выглядит следующим образом:
- в центре - гигантская черная дыра массой около 23 миллиардов солнечных;
- вокруг черной дыры - огромный раскаленный внутренний аккреционный диск радиусом около десяти световых лет, расположенный практически перпендикулярно лучу зрения;
- далее за ним - тороидальный газопылевой внешний аккреционный диск радиусом более трехсот световых лет;
- еще далее - периферийная тороидальная часть диска, о которой сказано выше, область сверхактивного звездообразования.
Ну, а четвертая, мелкая, но интересная особенность квазара - это то, что среди всякого прочего во внешнем аккреционном диске есть молекулы воды - и воды в нем в 140 триллионов раз больше, чем на Земле. Стало быть, в те далекие времена вода во Вселенной уже была, причем в завидных количествах.
В целом, описанный монстр интересен не только как живая иллюстрация бурной юности Вселенной, но и как пример того, какими зрелыми и развитыми галактики и их компоненты могли быть спустя всего лишь полтора с небольшим миллиарда лет после Большого взрыва. Даунсайзинг как он есть.
Ну, и еще он интересен тренировкой воображения. Представьте себе область размером немногим большим диаметра Солнечной системы, светящуюся в сотни триллионов раз ярче Солнца.
А еще стоит указать, что этот объект имел бы видимую яркость Солнца при наблюдении с расстояния в пятьсот световых лет, а яркость полной Луны - с расстояния в 316 тысяч световых лет (в два раза большего, чем расстояние до Большого Магелланова облака).

Ну, и картинка, как же без нее...

It's my own invention

Идеальное описание состава классической спиральной галактики:
Something old, something new, something borrowed, something blue.
Прочитайте все, что известно о составе спиральных галактик - и попробуйте поспорить!

Музыка удачно подобрана

Очень хорошо отражает динамику раннего формирования эллиптических гигантов

Watch on YouTube

И еще о расширении Вселенной

Наша Вселенная расширяется. Это мы знаем.
В результате расширения расстояние между двумя удаленными объектами постоянно увеличивается, причем скорость роста этого расстояния пропорциональна расстоянию между объектами (если, конечно, они далеки друг от друга и их взаимному удалению не мешает притяжение между ними). Внешне это заметно по красному смещению https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/7963.html.
Коэффициент пропорциональности называется постоянной Хаббла. И мы с Вами знаем что она, эта постоянная, в нынешние времена медленно возрастает https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/8538.html, то есть, скорость расширения Вселенной сама по себе медленно растет (по крайней мере, в рамках сегодняшних знаний о мире). И это проявляет себя интересными эффектами (см., например, https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/8831.html).

Теоретически это возможно объяснить ( понять объяснения иногда сложнее). Иногда объяснения выглядят весьма экзотично как целиком, так и фрагментами (оцените, к примеру, фразу: "...высокочастотные (с периодами порядка миллиардов лет) колебания...". Объяснять долго (качественно - в конце https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/8538.html), а звучит красиво - есть в некоторых объяснениях еще и низкочастотные колебания с периодами куда большими). Впрочем, если расширение не ускорялось, а, скажем, замедлялось, это объяснить тоже можно было бы.

Но есть у всего этого одна неприятная подробность - если бы мы могли одновременно измерить скорость расширения Вселенной, то есть, постоянную Хаббла, в разных ее точках, удаленных на более или менее приличное расстояние - скажем, хотя бы несколько миллиардов световых лет, а лучше, еще больше - то мы бы могли знать темп расширения, относящийся ко всей Вселенной в целом. А если бы мы могли проделать такие измерения с небольшими временными промежутками (скажем, десять раз с интервалом по времени по миллиарду лет) - мы бы могли достаточно точно знать еще и временные вариации постоянной Хаббла и понимать, явлются ли они глобальными или же локальными, и не накладываются ли на них погрешности наблюдения.
Увы, но на наблюдения в разные временные промежутки накладываются некоторые ограничения - не знаю, сумеет ли их человечество преодолеть по мере своего прогресса или нет, но пока опыта существования в течение нескольких миллиардов лет у человечества нет, и многие скептики считают, что даже через какой-нибудь миллиард (а тем более, через десять миллиардов) лет измерять постоянную Хаббла человечество не сможет. Или не будет. Более того, есть основания считать, что даже если и сможет, мы с Вами результата этих измерений не узнаем.
Что же до одновременного измерения в разных удаленных точках - тут есть куда более обоснованные сомнения в том, что мы когда-нибудь сможем в эти самые удаленные точки попасть. Тем более, что релятивистская теория достаточно строго напоминает, что понятие "одновременно в двух удаленных точках" внутренне противоречиво, и физика такого, строго говоря, не допускает (в интуитивном понимании одновременности).

К чему я это рассказываю... К тому, что при определении подробностей нынешнего (и прошлого) расширения Вселенной нам приходится обходится имеющимися возможностями - а именно, измерять постоянную Хаббла, находясь в одной точке как пространства, так и времени.
Конечно, при этом мы видим расширение Вселенной в разные времена и в разных местах (понятно, что времена и места взаимосвязаны - места, удаленные от нас на расстояние миллиард световых лет по времени распространения https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/7900.html, мы видим в состоянии миллиардолетней давности, на десять миллиардов световых лет - десятимиллиардолетней и т.п.) - но измерить прирост расстояния в единицу времени не между нами и удаленным объектом, а между двумя разными объектами, удаленными как от нас, так и друг от друга, весьма сложно.

А измерение постоянной Хаббла в одной точке (а именно, на Земле) чревато ошибкой по следующей причине.
Представим себе, что мы (не просто Земля или Солнечная система, а мы в широком смысле этого слова - к примеру, все наше сверхскопление галактик Ланиакеа https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/50769.html) находимся в области Вселенной, плотность которой чуть повыше ее средней плотности. Или чуть пониже. Вполне допустимое предположение (со средними плотностями вообще творится много непонятного, еще начиная с 2013 года, и об этом я еще расскажу).
Что тогда получится?
Если мы находимся в области повышенной, по сравнению со средней, плотности, объекты, удаленные от нашего сверхскопления, к примеру, другие сверхскопления, будут удаляться от нас чуть медленнее, чем в среднем по Вселенной - с одной стороны, их гонит от нас расширение Вселенной, а с другой стороны, наше тяготение оказывается чуть большим, чем тяготение "с другой стороны" - со стороны остальной Вселенной, и оно слегка их к нам притягивает, притормаживая убегание от нас.
Если же плотность Вселенной вокруг нас чуть ниже средней, то, соответственно, окружающие нас объекты будут притягиваться "остальной Вселенной" сильнее, чем нашей областью - и будут удаляться чуть быстрее.
В результате если мы находимся в области, плотность которой выше плотности Вселенной, наблюдаемая нами постоянная Хаббла окажется меньшей, чем "на самом деле", то есть, чем в целом по Вселенной. А если плотность ниже - то большей. Скажем, если наблюдать из войда (напомню, войды - https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/7222.html - это огромные пустые области пространства характерными размерами в сотни миллионов световых лет, занимающие почти половину объема Вселенной), то видимая по ближайшим сверхскоплениям (а по удаленным почти ничего не видно) скорость расширения Вселенной уж точно окажется завышенной.
Вот и появляется проблема... И называется она красиво: "проблема локального монополя в поле пекулярных скоростей, обусловленного локальной вариацией плотности распределения вещества"...
Одно утешает. Если в результате постоянная Хаббла может быть измерена с ошибкой - то уж на обнаружение и измерения ее временных вариаций это не повлияет.

Мимоходом

"Официальная астрономия неспособна ничего сказать про квантовый переход земли в новое измерение континуума"
(орфография оригинала сохранена)

Разумеется, не может -  заявленная проблематика находится в ведении психиатрии.

Кое-что о нашем мире

Мы знаем, что самым дальним объектом, постоянно видимым невооруженным взглядом, является большая спиральная галактика - Галактика Треугольника. Расстояние до нее составляет около трех миллионов световых лет, видимая звездная величина равна 5,7 (почти на пределе видимости нормальным зрением).
По сути дела, в современной (подчеркиваю это слово) Вселенной крайне мало объектов, которые можно было бы рассмотреть невооруженным глазом с расстояния, существенно большего трех-пяти миллионов световых лет.

В то же время мы знаем, что практически половину объема Вселенной составляют войды - https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/7222.html - огромные пустые области пространства характерными размерами в сотни миллионов световых лет, не занятые галактиками и их скоплениями.

Если вдуматься - легко понять, что из этих двух фактов следует интересный вывод: если бы мы оказались почти в половине мест Вселенной, вокруг нас было бы абсолютно черное небо без признаков какого-нибудь видимого объекта на нем.