Главная Фотогалерея Рефераты Новости Видеогалерея Статьи  
 
 
Содержание
 
   

Ядра галактик, квазары

       В  этой статье мне хотелось бы еще раз вернуться к проблеме активности галактических ядер, поскольку эта проблема в ряде случаев тесно связана с, быть может, самыми интересными и загадочными объектами Вселенной - квазарами.
     В той или иной степени радиоизлучательная активность свойственна всем галактикам, и, главным образом, именно по активности в радиодиапазоне удается оценить энергетику процессов, происходящих в ядрах галактик. Есть, однако, и исключения.
     В 60-х годах нынешнего столетия небольшая часть радиоисточников на небе была надежно отождествлена со звездами. Астрономам этот результат показался удивительным, поскольку до этого отождествления было хорошо известно, что космические источники радиоизлучения всегда соответствовали либо галактикам, либо туманностям, образовавшимся при вспышках сверхновых звезд. Мы уже говорили о том, что, к примеру, мощность радиоизлучения источника Лебедь-А в 1028 раз превосходит интенсивность радиоизлучения Солнца. Но упомянутые выше звездоподобные источники были довольно интенсивны, что не могло не привлечь внимания к этому факту вполне естественного интереса астрономов. Именно с этого и началась история открытия знаменитых квазаров.
       Ранее считали, что квазары (квазизвездные источники - guasi stellar sources) расположены в пределах нашей звездной Галактики. Эта точка зрения подкреплялась переменностью светового излучения радиоисточника ЗС 48. Хорошо известно, что переменность излучения в оптике - вещь, характерная именно для звезд. Для объяснения свойств квазизвездных объектов было предложено несколько идей.
     И. Шкловский предположил, что эти источники связаны с большим числом вспышек сверхновых. Но если эти объекты находятся в Галактике, то почему тогда сверхновых так мало? Выдвигалась гипотеза о цепной реакции взрывов многих звезд, но тогда трудно было объяснить тесную связь между звездами. Ф. Хойл предложил собрать миллионы звезд в одно сверхтело, но эта идея в то время не могла перешагнуть через психолгический барьер, из-за которого не допускалась в принципе возможность существования звезд с массой больше 50 масс Солнца. К тому же эти объекты должны были светить ярче целой галактики, что в то время казалось нелепостью. Заметим, что само содержание идеи Хойла о сверхтеле оказалось пророческим, но об этом чуть позже.
     Тем временем астрономами предпринимались поистине героические попытки уточнения характеристик квазаров. Так, при наблюдениях источника ЗС 273 в Австралии были предприняты беспрецедентные меры предосторожности. С телескопа сняли несколько тонн металла, чтобы иметь возможность наблюдать при меньших углах возвышения. За несколько часов до начала работ район наблюдения был объявлен на «чрезвычайном положении». Местные радиостанции неоднократно повторяли призыв о том, чтобы на время работы телескопа все. радиопередатчики были выключены. Все дороги около телескопа патрулировались, чтобы прекратить движение автомобилей в этом районе. Последний штрих этой истории имеет совсем детективный оттенок: два дубликата записей были отправлены в Сидней на отдельных самолетах.
Предосторожности оправдали себя. Оказалось, что ЗС 273 - двойной источник, причем положение компонент было определено с рекордной для того времени точностью в . Одна из компонент казалась обычной звездочкой 13-й величины, но при внимательном анализе удалось выяснить, что из «звезды» выходит струя длиной в 100 тысяч световых лет, которая сама является источником оптического и радиоизлучения. И это еще не все. Анализ красного смещения линий источника ЗС 273 позволил установить скорость его удаления от нас. Она оказалась огромной - 42 тысячи км/час. Но тогда этот источник находится от нас на расстоянии около 600 мегапарсек. С такими расстояниями астрономы 60-х годов еще «не работали».
      Сразу же возник вопрос об интенсивности свечения этого источника в оптике. Ведь если он виден с расстояния около двух миллиардов световых лет как звезда 13-й величины, то его светимость в сто раз превышает светимость нашей Галактики, содержащей сотни миллиардов звезд. Причем кванты квазар излучал в то время, когда Вселенная была совсем молода.
     Мы упоминали уже о переменности оптического излучения квазаров. В этом плане особенно интересенквазар ЗС 279, который можно сейчас наблюдать как слабопеременную звездочку 18-й величины. Однако на снимках, сделанных до второй мировой войны, он виден как объект почти 13-й величины. Оценки показывают, что в то время ЗС 279 светил в десять тысяч раз сильнее нашей Галактики. Но размеры излучающей области очень малы - меньше светового года. К тому же оказалось, что и в рентгеновском диапазоне многие квазары светят в 1000 раз мощнее, чем, например, Млечный Путь.
       Гигантская мощность излучения квазаров и ядер некоторых галактик не единственная проблема, которую эти объекты ставят перед астрофизиками. Мы уже говорили о космических выбросах и об их асимметрии. В чем здесь дело? И. Шкловский предположил, что если существует два симметричных выброса, скорость которых близка к скорости света, направленных к наблюдателю под небольшим углом зрения, то из-за релятивистского эффекта Доплера поток излучения от сгустка плазмы, идущей по направлению к нам, будет в сотни раз меньше, чем от удаляющегося пучка. Тот просто-напросто не будет виден. Но механизм, предложенный Шкловским, не в состоянии объяснить односторонность выброса в Центавре-А, так как там вряд ли достигаются субсветовые скорости. Хотя в других случаях этот механизм, быть может, и работает (выброс в NGC 4486). Существуют, конечно, и другие гипотезы, но окончательной ясности в этом вопросе нет. 

 

Схема действия гравитационной линзы

Схема действия гравитационной линзы.

     Квазары не так давно поставили ученых перед совершенно ошеломляющим фактом. Дело в том, что в ряде случаев расстояние между компонентами у квазаров ЗС 345, ЗС 279, радиогалактики ЗС 120 увеличивается. Когда были проведены радиоинтерферометрические измерения угловой скорости расширения в этих системах, оказалось, что компаньоны удаляются друг от друга со скоростью, в несколько раз превышающей скорость света! Стоит ли говорить о том, насколько эти результаты озадачили ученых.
     Правда, довольно скоро выяснилось, что специальная теория относительности, утверждающая, что любые сигналы не могут распространяться со скоростью, превышающей скорость света, может жить спокойно. В данном случае наблюдалась кажущаяся скорость разлета. Читатель сам без труда может построить чисто геометрические конструкции с источником света (вращающийся прожектор), когда можно мерить кажущуюся скорость, превышающую скорость света. В случае квазаров было убедительно показано, что наблюдатель будет видеть кажущуюся скорость разлета, превышающую скорость света тем больше, чем больше скорость выбросов и чем меньше угол между вектором их скорости и лучом зрения. Таким образом, с этой неприятностью как будто покончено.
       В 1979 году весь астрономический мир был буквально ошарашен открытием пары квазаров, столь одинаковых по своим характеристикам, что их можно было бы считать близнецами, тем более что расположены они были на небе рядом друг с другом, на расстоянии всего в 6. 

 

Схематическое изображение квазара как центра массивной галактики

Схематическое изображение квазара как центра массивной галактики.

  Их красное смещение оказалось к тому же практически одинаковым. Казалось абсолютно невероятным, чтобы два столь близких кцазара имели бы столь схожие характеристики. И ученые тогда предположили, что эти квазары - изображение одного и того же объекта на небе! Как подобная вещь может случиться? Мы знаем из теории относительности о реальном отклонении луча вблизи гравитирующей массы. Это было подтверждено экспериментально на примере Солнца. Предположим, что между Землей и далеким квазаром расположено очень массивное тело, например галактика. В этом случае галактика будет действовать как гравитационная линза, искривляя поток излучения квазара неравномерно. Гравитационная линза  настолько неординарное явление природы, что о нем стоит рассказать чуть подробнее.
     Еще в 1938 году известный русский астроном Т. Тихов, известный своими работами по астробиологии, опубликовал статью под названием «Следствия возможного отклонения световых лучей в поле тяготения звезд». А за два года до этого Эйнштейна посетил чешский инженер-электрик Р. Манда, который предположил, что в космосе могут находиться гравитационные линзы - звезды. Эйнштейн по его просьбе провел необходимые расчеты и опубликовал небольшую заметку «Линзоподобное действие звезды на отклонение света в гравитационное поле».
      Справедливости ради нужно сказать о том, что еще в 20-х годах нашего столетия английские астрономы О. Лодус и А. Эддингтон рассмотрели некоторые оптические эффекты, возникающие при прохождении света в гравитационном поле звезды. Эддингтон указывал даже на возможность появления двух изображений одного объекта. Сейчас имеются дополнительные свидетельства в пользу действия во Вселенной гравитационных линз.
     По поводу квазаров можно сформулировать два наиболее интригующих вопроса. Связаны ли квазары генетически с ядрами галактик или это принципиально новый объект во Вселенной? Какова природа чудовищного излучения квазаров?
     Попробуем разобраться с первым вопросом. Некоторые спиральные галактики имеют ядра чрезвычайной яркости. Они были открыты американским астрономом К- Сейфертом в 1943 году и называются с тех пор его именем. Возникает вопрос: не может ли яркая сейфертовская галактика, находящаяся очень далеко от нас, быть принята за квазар? Ведь на большом расстоянии можно увидеть лишь ее ядро, не заметив спиральных рукавов? И действительно: исследуя большие выборки квазаров, удалось установить в ряде случаев наличие у них дополнительной структуры вокруг наиболее яркого участка, причем иногда эта структура напоминала структуру галактик. Эти результаты убеждают нас, что квазары тем или иным образом соотносятся с ядрами галактик. Возможно, что галактики проходят через стадию квазаров, когда их ядра экстремально ярки. И тогда в ядрах других, менее ярких галактик могут находиться сейчас мертвые квазары.
     Но что питает живой квазар? Каково его строение? Конечно же, при решении очередной загадки, поставленной перед нами природой, не обошлось без черной дыры. Схема здесь в общем-то индентична той, которую мы рассматривали в галактике NGC5 128.
     Предполагается, что в центре квазара или в центре галактического ядра имеется компактный сверхмассивный объект - черная дыра с массой примерно в миллиард солнечных масс. Такие сверхмассивные черные дыры могут образовываться в процессе роста «обычной» черной дыры массой в несколько десятков солнечных. Впоследствии эта дыра растет, поглощая звезды, межзвездную среду и, возможно, другие черные дыры, доводя свою массу до «необходимых» значений.
     Затем в результате падения газа на черную дыру образуется аккреционный диск, вместе со всеми сопутствующими явлениями, которые могут объяснить экзотические особенности ядер галактик и квазаров. О механизме «работы» аккреционного диска мы уже вкратце говорили. Болуе подробно этот процесс будет рассмотрен в следующей главе.
     Следует ли из всего вышесказанного, что астрофизика полностью разобралась и с квазарами, и с галактиками? Мне кажется, что у читателя вряд ли сложилось подобное впечатление. Самая главная трудность состоит в том, что большая часть моделей построена на кончике пера, «руками». Ведь не следует забывать, что черные дыры до сих пор еще не открыты. Более того, существуют и альтернативные гипотезы, в частности, гипотеза академика В. Амбарцумяна, согласно которой в ядрах галактик находится особая, дозвездная форма материи, так называемые Д-тела. Бесспорно, успехи в решении этих увлекательных проблем будут обусловлены в первую очередь развитием наблюдательной техники в астрономии.


   
Поиск
Rambler's Top100