החיצוניות השלווה של כמה גלקסיות מסתירה אירועים אלימים ביותר. קיימים ביקום מקורות לאירועים עתירי אנרגיה, קטלניים ומגוונים ביותר – החל התפרצויות גמא עבור למשתנים קטקליסמיים ומשם לאירועים הקשורים לחורים שחורים – אך החזקים ואנרגטיים מכולם הם קוואזרים. כמות האנרגיה המשתררת באירועים אלה שקולה לאנרגיה של טריליון שמשות. משמעות הדבר היא כי אובייקטים מרכזיים אלה פולטים הרבה יותר אנרגיה מאשר סכום כל תפוקות האנרגיה האחרות בגלקסיה הסובבת סביבם. קוואזרים הם הגופים הזוהרים ביותר מבין מחלקה של גופים דומים שנקראת גלקסיות פעילות. האסטרונומים מאמינים כי כל הגלקסיות מכילות חורים שחורים סופר-מסיביים, הפועלים כ"מנועים" כבדים וגורמים למגוון רחב של תופעות שבהם נפלטות כמויות אנרגיה גבוהות ממרכזי הגלקסיות.
באדיבות NASA
כדי להבין את דרך פעולתן של גלקסיות פעילות, יש צורך להבין את המבנים הבסיסיים בלב גלקסיות. תצפיות מראות כי כל גלקסיות גדולות (ואולי כל הגלקסיות) מכילות חורים שחורים סופר מאסיביים במרכזיהן. כאשר גוף מתקרב יתר על מדיה לחור השחור שכזה, שמסתו עשויה להגיע למיליון עד מיליארד מסות שמש, הוא יכול להימשך לעבר החור השחור (כמו כוכב שביט שנכנס אל השמש). תוך כדי התקרבות הגוף מסתחרר אל אבדונו, ובסופו של דבר הוא ייקרע לגזרים. אם מספיק חומר נופל בבת אחת לעבר החור השחור, הוא ייצור דיסק חם שנקרא דיסק ספיחה. מתנהלת מערכת יחסי הגומלין בין דיסק החומר לבין החור השחור שמשנה את הגלקסיה מ"נורמלית" ל"פעילה". גלקסיות יכולות לעבור בין מצבים שכאלה, כאשר חורים שחורים עוברים מצב אכילה למצב של רעב. חורים שחורים הם באמת שחורים – שום דבר לא יכול להימלט מתוך אופק האירועים שלהם – אבל כוח הכבידה שלהם מאיץ את החומר ומחמם אותו, הדבר מוביל לפרדוקס לכאורה כאשר חורים שחורים מופיעים כגופים פולטיי קרינה ובהירים ביותר!
גלקסיות פעילות התגלו לראשונה בשנת 1908 על ידי אדוארד פאת', שגילה קווי פליטה נרחבים שהגיעו מהאזורים המרכזיים של הגלקסיה הבהירה NGC 1068. חוקרים אחרים: וסטו סליפר ואדווין האבל גילו גלקסיות אחרות בעלות קווים דומים. בשנות ה- 40 חקר קרל סייפרט גלקסיות פעילות בפירוט וציין את תכונותיהן המשותפות: גרעין קומפקטי בהיר, קווי בליעה וקליטה נרחבים מאוד, פליטת רדיו אינטנסיבית ומורפולוגיה מוזרה/משובשת. עד כמה אנו רואים (ולפעמים לא רואים) כל אחד מהיבטים אלה? הדבר תלוי בזווית ההתבוננות ובגורמים אחרים. והכי חשוב, החורים השחורים כנראה פעילים רק באחוז קטן מהזמן, פחות מ- 1%. כלומר, אם נתבונן במאה גלקסיות, רק אחת מהן תהיה בעלת חור שחור מהבהב, שנמצא בשלב הפעיל שלו.
כאשר גלקסיה פעילה נצפית כך שספקטרום של יכול לבלוע אור הנפלט מהחומר ליד החור השחור העל-מאסיבי (למשל כאשר ספירלה מופיע בניצב לקו הראיה או בקרוב למצב זה) ניתן לראות קווי פליטה רחבים מאוד. מערכות עם קווי פליטה אלה מעידים על גלקסיות פעילות הנקאות על שמו של Seyfert, בגלקסיה רגילה, גז חם בדיסק מתגלה באמצעות קווי פליטה. קווים אלה מורחבים בשל סיבוב דיסק הגלקסיות, וכך מתגלה מהירות הסיבוב של הגז. הטווח הכולל של מהירות הגז הוא בדרך כלל כמה מאות ק"מ/שניה. הגז יכול לנוע לעברנו וליצור הסחה לכחול, וגז יכול לנוע מאיתנו וליצור הסחה לאדום, והתוצאה היא קו פליטה מרוח. בגלקסיות של Seyfert, לעומת זאת, קווי הפליטה רחבים הרבה יותר, דבר המצביע על מהירות גז של אלפי קמ/שניה. בתנאים רגילים, גז במהירות כה גבוהה לא יכול להיות קשור כבידתית – היה עליו לעוף מהמרכז. קיימים שני הסברים אפשריים למהירותו הגבוהה של הגז: או שהגז אכן נפלט מגרעין הגלקסיה, או שהוא מסתובב קרוב מאוד לאובייקט ענקי במרכז הגלקסיה. בכל מקרה, משהו יוצא דופן מתרחש באזורי הגרעין. גלקסיות רבות של Seyfert נראות כמו גלקסיות רגילות – בדרך כלל גלקסיות ספירליות מעוותות במקצת נראות בתמונות, ואופין יוצא הדופן מתגלה רק בספקטרום שלהן. יש יוצא מן הכלל עם זאת; לגלקסיות רבות של סייפרט יש גרעינים בהירים דמויי כוכב.
באדיבות NASA
בערך 1% מכלל הגלקסיות (ו -10% מכלל הגלקסיות הפעילות) יש רמות בלתי רגילות של פליטת רדיו. ב- 1944, האסטרונום החובב גרוט רבר זיהה מקורות רדיו חזקים במערכות הכוכבים של קשת, קסיופיאה וברבור. מקור הרדיו של קשת מתאים למרכז הגלקטי, והמקור של קסיופיאה מתאים לשרידי סופרנובה. עם זאת, המיקום של מקור בברבור לא הוגדר במדויק עד 1951, כאשר וולטר באדה ורודולף מינקובסקי איתרו גלקסיה קלושה, מעוותת למראה שמיקומה בשמים תאם את מוקד פליטת הרדיו. Cygnus A, מקור הרדיו הבהיר ביותר בקבוצת הכוכבים של Cygnus, הייתה גלקסיית הרדיו הראשונה הידועה. עוצמת הרדיו שלו היא 10 מיליון פעמים מזו של שביל החלב. לגלקסיה אליפטית זו יש גרעין רדיו בהיר במרכז המתאים בדיוק למיקום הגלקסיה האופטית. Cygnus A יש גם זוג סילוני רדיו, שאחד מהם קשה לתצפית, אליהם מצטרפות שתי אונות רדיו ענק שמקורן בגרעין. לאונות יש מבנה מורכב, עם אזורים גדולים של פליטה חלשה ופליטה אינטנסיבית בקצותיה החיצוניים. Cygnus A נמצא במרחק Mpc230, או 750 מיליון שנות אור מאתנו. אך הוא פולט גלי רדיו בעוצמה גדולה דייה כדי שאסטרונומים חובבים עם ציוד פשוט יחסית יצליחו לזהותו!
כיום, אנו מוצאים פליטת רדיו הקשורה הן לגלקסיות ספירליות והן לגלקסיות אליפטיות גדולות, כאשר פליטה במקרים מסוימים קשורה בעיקר לגרעינים הגלקטיים. במקרים אחרים קרינת הרדיו קשורה בפליטת חומר מהמערכת בסילונים אדירי עוצמה (ניתנים לזיהוי רק אם תצפו בהם בעזרת רדיו טלסקופים בעלי רגישות גבוהה, פליטת רדיו קשורה גם בהיווצרות כוכבים, אבל היווצרות כוכבים לא הופכת גלקסיה רגילה לגלקסיה פעילה). גלי הרדיו העזים שמגיעים מכמה גלקסיות הם דוגמאות לקרינה לא תרמית, ובפרט קרינת סינכרוטרון. קרינת סינכרוטרון נפלטת על ידי חלקיקים המאיצים סביב נתיב מעוקל של שדה מגנטי. בגלקסיות פעילות, שדות מגנטיים חזקים מאוד יכולים להיווצר על ידי חומר מחומם, ובדרך כלל טעון חשמלית, בחלל הדיסק הגלקטי. כאשר החומר מאיץ לאורך קווי השדה המגנטי, הוא פולט קרינת סינכרוטרון. זוהי דרך הדומה לדרך שבה פועל משדר רדיו; האלקטרונים רצים מעלה ומטה לאורך תיל ויצרים גלי רדיו. אם האנרגיה מועברת לגז חם שבו קיים שדה מגנטי, האלקטרונים יסתובבו סביב הקווים המגנטיים של השדה כמעט במהירות האור, תוך שהם מאבדים אנרגיה על ידי פליטת קרינת סינכרוטרון. (הפרוטונים מסיביים ואינם זריזים מספיק כדי להתסובב מהר מאוד, ולכן, הם פולטים קרינת סינכרוטרון חלשה.)
באדיבות NASA
קרינת סינכרוטרון משתנה – כאשר מקור האנרגיה של האלקטרונים המואצים משתנה, כמות קרינת הסינכרוטרון המשתחררת יכולה להשתנות בקנה מידה גדול. במצבים שבהם מתווספת אנרגיה במהירות לחלקיקים באמצעות שדה מגנטי, הם פולטים קשת רחבה של קרינה ללא פסגת פליטה בעלת אורך גל מסוים. אורך הגל הקצר ביותר של הספקטרום הלא תרמי תלוי באנרגיה הגבוהה ביותר של האלקטרונים, אורך הגל יורד ככל שהאנרגיה מתגברת. עבור אלקטרונים יחסותיים מאוד, בעלי מהירויות של 99.9% ממהירות האור, הספקטרום יכול להגיע לתחום קרני הרנטגן או קרני הגמא. מאיצי החלקיקים של הטבע במרכזי הגלקסיות יכולים לעשות זאת הרבה יותר טוב ממכשירים אנושיים כגון "מאיץ ההדרונים הגדול" ב- CERN בג'נבה.
בנוסף לקווי פליטה רחבים ופליטת רדיו חזקה, לגלקסיות פעילות יש לעתים קרובות מורפולוגיה מוזרה. הדוגמה הקלאסית היא הגלקסיה הבלתי סדירה M 82, המספקת כמויות גדולות של גז ואבק גרעיני, ויש לה שדרה בלתי סדירה של סילוני גז הנעים מן הגרעין והלאה. הדמיה ברזולוציה גבוהה של טלסקופ החלל האבל מראה שהגלקסיה של סיפרט NGC 1275, היא אליפטית בצורתה המיוחדת בצביר פרסאוס, היא מכילה צבירים כדוריים צעירים וכחולים. היווצרותם קשורה, ככל הנראה, לאירועים האלימים שהתרחשו בגרעין. צילום מקרוב של הגלקסיה המיוחדת Arp 220 מגלה צבירי כוכבים צעירים ענקיים ליד הגרעין. חשוב לא לקשר מורפולוגיה מסוימת – ספירלית או אליפטי – עם פעילות גרעינית חזקה מאד, אבל תכונות מוזרות ומשונות נפוצות למדי בגלקסיות שונות. מוזרויות מורפולוגיות אלו יכולות לנבוע מגלקסיות המקיימות יחסי גומלין זו עם זו ועם החומר שבין הגלקסיות. לכמה גלקסיות רגילות כנראה יש גרעינים פעילים. אבל אסטרונומים גילו קשר סטטיסטי חזק למדי בין אינטראקציות גלקטיות (כפי שמוצג על ידי מורפולוגיה מוזרה) ופעילות גרעינית. נראה כי אינטראקציות יכול להניע חומר לתוך הגלקסיות לעבר אזורים מרכזיים ולתדלק את החור השחור העל-מסיבי, מה שהופך אותו לגרעין גלקטי פעיל.
Author: Chris Impey