Текст книги "Мир астрономии. Рассказы о Вселенной, звездах и галактиках"

Автор книги: Лев Мухин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 9 (всего у книги 17 страниц)

Эллиптическая галактика NGC 5128.

Энергия радиообластей, окружающих активные галактики, может достигнуть 10⁶⁰ эрг. Чтобы получить такую величину, надо было бы превратить в энергию массу 10 миллионов звезд. Что касается конкретного случая активности NGC 5128, то здесь можно сказать следующее. Структура этой галактики нестандартна: она представляет собой как бы комбинацию эллиптической и спиральной структур. На камертонной диаграмме Хаббла мы не видим подобных гибридов. Причиной такого явления может служить уже обсуждавшийся нами галактический каннибализм. В данном случае эллиптическая галактика – каннибал, а спиральная – миссионер. Поглощенный в процессе каннибализма материал может быть топливом для источника в ядре галактики.

Но что же происходит в самом источнике, какой механизм может обусловить возникновение огромных выбросов?

Читатель, по-видимому, уже догадался, что и здесь дело не может обойтись без черной дыры, расположенной в центре оптической галактики. Если принять, что КПД источника по превращению массы в энергию равен 10 процентам, то для обеспечения деятельности источника достаточно превращать в энергию ¹/₁₀ массы Солнца в год. Топливом для источника могут служить газовые облака, падающие на ядро. Нельзя исключить того, что источник разрывает звезды, которые расположены вблизи ядра галактики, и «заглатывает» их.

Здесь очень важными являются принятые цифры величины коэффициента полезного действия источника, 10-процентный коэффициент полезного действия по превращению массы в энергию никак не может быть обеспечен термоядерными реакциями, эффективность которых менее 1 процента. Кроме того, термоядерные реакции сопровождаются тепловым излучением. Однако данные наблюдений свидетельствуют о том, что Центавр Α генерирует нетепловое синхротронное излучение.

Итак, объяснить активность ядра NGC 5128 простыми аргументами не удается. Поэтому в качестве возможного источника рассматривается вращающаяся черная дыра с массой порядка миллиарда солнечных масс. Такая дыра могла бы объяснить многие особенности возникновения космических выбросов. Ведь вокруг черной дыры образуется так называемый аккреционный диск. Он может иметь форму бублика, в середине которого находится черная дыра. Тогда часть падающего газа, проходя близко от черной дыры, будет выброшена вдоль оси ее вращения давлением излучения, идущего с внутренней поверхности аккреционного диска. Таким образом диск будет разгонять частицы и образовывать пучок материи.

Не следует думать, что лишь центр галактики NGC 5128 представляет специальный интерес для астрономии. Это не так. Не меньше загадок содержит центр нашей собственной Галактики, о которой, кстати говоря, мы почти совсем не упоминали.

Наша Галактика

Гигантская спиральная система, называемая Млечным Путем, входит в Местную систему и является одной из самых больших галактик системы. Вторая крупная галактика – знаменитая туманность Андромеды (Галактика М31 по каталогу Ш. Месье, или по новой классификации NGC 224). Первые представления о Млечном Пути как об отдельной звездной системе сложились в результате выдающейся работы Гершеля, но лишь в 20-х годах нашего века, когда выяснилось, что существуют другие гигантские звездные системы, находящиеся на огромных расстояниях от Млечного Пути, стала окончательно очевидна обособленность нашей Галактики, стал ясен факт, что Галактика – лишь один из бесчисленного количества окружающих нас звездных миров. Вскоре после этого, в 1924–1926 годах обнаружили вращение Галактики, а в 1944-м два типа звездных населений в Галактике. Что это значит?

Звезды отличаются не только по массе и светимости, но и по возрасту. Наиболее старые звезды обеднены тяжелыми элементами. Молодые же по сравнению со старыми обогащены элементами тяжелее гелия. Так вот, оказалось, что звезды, расположенные в плоскости диска Галактики, сравнительно молоды; к их числу от носится наше Солнце.

Кстати, Солнце и Солнечная система расположены не просто в диске, а вблизи плоскости симметрии диска. Существующие оценки показывают, что расстояние между Солнцем и этой плоскостью не превышает 10 парсек, а расстояние до центра Галактики составляет около 10 килопарсек. Звезды же, принадлежащие гало, имеют более солидный возраст, и содержат гораздо меньше тяжелых элементов. Галактическое гало (сферическая часть Галактики) образовано шаровыми скоплениями – компактными группами, содержащими сотни тысяч звезд.

Схематическое изображение положения Солнечной системы в Галактике.

Лишь в начале 50-х годов было подтверждено предположение о спиральной структуре нашей Галактики.

В мире галактик наш Млечный Путь занимает отнюдь не последнее место. Это гигантская галактика с диаметром диска около 100 тысяч световых лет и толщиной около 30 тысяч световых лет. Масса видимого вещества в Галактике оценивается в 1,5 · 10¹¹ солнечных масс. Но, несмотря на впечатляющую величину массы Млечного Пути, еще большая масса невидимого вещества содержится в короне Галактики. Эта масса оценивается примерно в 10¹² масс Солнца.

Млечный Путь.

Галактика чрезвычайно напоминает живой организм. Она обладает своим внутренним обменом веществ – космическим метаболизмом. Различные объекты Галактики тесно связаны между собой и находятся в процессах непрерывного взаимодействия. Это взаимодействие отчетливо прослеживается на всех уровнях иерархии отдельных систем Галактики.

Чтобы не быть голословным, приведу несколько примеров. Звезды рождаются из массивных газопылевых облаков. В процессе эволюции звезда «нарабатывает» в своих недрах новые элементы. Если в дальнейшем она взрывается в виде сверхновой, эти элементы включаются уже в состав новых звезд.

Сами звезды производят снова газ и пыль, которые поставляются ими в межзвездную среду. Это сильно напоминает школьное выражение о «круговороте веществ в природе». Процесс рождения звезд зависит, например, и от космических лучей, а космические лучи, в свою очередь, производятся сверхновыми.

Что собой представляют космические лучи? Это заряженные частицы очень высоких энергий. Они приходят на Землю в достаточной мере изотропно, то есть примерно в одинаковых количествах со всех направлений. Оценки показывают, что, в принципе, космические лучи не должны долго задерживаться в Галактике. Ведь их скорость близка к скорости света, и поэтому, если бы им ничто не мешало, они покинули пределы Млечного Пути достаточно быстро, за время порядка 100 тысяч лет. На самом же деле они путешествуют в Галактике гораздо больший промежуток времени – около десяти миллионов лет.

Что же меняет столь радикальным образом характерное время пребывания космических лучей в Галактике? Ответ более или менее очевиден: крупномасштабное галактическое магнитное поле. Доказательством тому служит синхротронное радиоизлучение электронов космических лучей, приходящее к нам из районов Галактики, не связанных ни с облаками межзвездного газа, ни с какими-либо другими дискретными радиоисточниками. Таким образом, и космические лучи, и магнитные поля – составные элементы нашей Галактики.

Чрезвычайно важной компонентой Галактики является межзвездная среда. В основном это газ и пыль. Газ – межзвездный водород – можно наблюдать по излучению на волне 21 сантиметр. Он сконцентрирован в тонком диске, образованном молодыми звездами, и образует отдельные облака. Интересно, что некоторое количество газа обнаружено вне диска. Водород может присутствовать как в атомарной, так и в молекулярной форме.

Гигантские молекулярные облака содержат в форме молекулярного водорода H₂ значительную часть массы межзвездного газа в нашей Галактике. Их характерный размер составляет 20–30 парсек, а иногда и того больше. Солнечная система просто потерялась бы внутри такого облака. Его масса в сотни тысяч раз превышает массу Солнца. Таким образом, гигантские облака молекулярного водорода являются наиболее массивными изолированными объектами в Галактике. Неудивительно, что они могут играть особую роль в ее динамике.

Удивительно скорее другое обстоятельство. Ведь вещество облака – молекулярный водород – практически невидимо, и большая часть сведений о нем получена весьма косвенным образом, по данным радиоизлучения входящего в состав облака молекул угарного газа на длине волны 2,6 миллиметра. Именно поэтому острые дискуссии относительно точного значения массы облаков, их размеров, причин образования и т. д. не утихают и по сегодняшний день, а разногласия между оценками, сделанными различными группами исследователей, весьма значительны. К тому же стоит отдельно подчеркнуть, что происхождение гигантских облаков до сих пор остается загадкой.

Скажем прямо – это отнюдь не единственная загадка. Массу проблем ставит перед астрономами и центр Галактики. Положение осложняется тем, что центральная область Млечного Пути скрыта от нас второй важной компонентой межзвездной среды – пылью. Она настолько сильно поглощает в оптическом диапазоне (до 30^m), что наблюдения здесь практически невозможны. Поэтому астрономы используют данные о центрах других, похожих на нашу галактик для оценок звездного состава центра Млечного Пути. Тем не менее информацию о центральных областях астрономы могут все-таки получить, исследуя эти районы в инфракрасном, рентгеновском и гамма-диапазоне.

Мы уже говорили о том, что центры галактик проявляют различные формы активности, и наша Галактика не является исключением. Центральные области Галактики можно подразделить на три характерные зоны.

В зоне, имеющей радиус около 4 килопарсек, наиболее интересно резкое падение плотности газа. Образуется своего рода «дырка» в газовом диске Галактики.

На расстоянии от центра в 600–700 парсек проходит «граница» очень интересного района, который принято называть звездным балджем (от английского слова bulge – выпуклость). Эта область напоминает собой и по «форме» и по «содержанию» небольшую эллиптическую галактику, вкрапленную в центр Млечного Пути. Так же как эллиптические галактики, балдж содержит в основном старые звезды, возраст которых существенно больше среднего возраста звездного населения диска.

Как я уже говорил, наблюдение центрального района Млечного Пути в оптическом диапазоне сильно затруднено, и поэтому приходится изучать балджи других спиральных галактик. В нашей Галактике балдж проявляет себя по инфракрасному излучению. Основной вклад в это излучение вносят красные гиганты. Оценки дают значение массы балджа примерно в 30 миллиардов солнечных масс.

Наиболее загадочная область Галактики – центральный парсек. По космическим масштабам эта область невелика, но здесь наблюдаются аномалии, не имеющие пока удовлетворительного объяснения. К примеру, там находится «мини-спираль» – необычный источник радиоизлучения диаметром всего в 12 световых лет, а также другой быстропеременный компактный радиоисточник с периодом порядка нескольких минут. Этот источник расположен точно на оси вращения Галактики.

В том же направлении находится совершенно необыкновенный объект, уникальный источник, излучающий узкую линию, соответствующую аннигиляции электронов и позитронов!

Там же расположен точечный рентгеновский источник переменной интенсивности.

Объяснить наличие всех этих источников в сравнительно маленькой области пространства довольно трудно, и здесь, как обычно, на помощь приходят черные дыры. Я специально употребил здесь множественное число, поскольку одной дыры для объяснения всех чудес в центре нашей Галактики не хватает.

По модели Н. Кардашева, в центре Галактики должна находиться пара черных дыр, причем масса каждого из компаньонов порядка миллиона солнечных масс. Наличие такой пары дает возможность объяснить природу и параметры компактного радиоисточника и загадочной аннигиляционной линии.

В модели Кардашева вращательная энергия черной дыры преобразуется в конечном счете в энергию пучков релятивистской электронно-позитронной плазмы, направленных вдоль осей вращения черных дыр. Наблюдаемые по соседству с центральным парсеком облака атомарного водорода в рамках этой модели могут быть остатками звезд, разрушенных при взаимных столкновениях или разорванных приливными силами черных дыр. Облака эти были выброшены из области центрального парсека благодаря эффекту пращи.

Согласно альтернативным моделям центрального парсека там сравнительно недавно произошел взрыв сверхновой в массивной двойной системе. Остаток после взрыва также может быть источником позитронов, аннигиляция которых и дает наблюдаемую линию.

Перейдем теперь к проблемам, связанным с вращением Галактики. Для начала попытаемся объяснить происхождение этого вращения. Согласно наиболее популярной точке зрения на ранних стадиях эволюции протогалактики были гораздо больших размеров, чем нынешние галактики. Кроме того, космологическое расширение не успело разогнать их далеко друг от друга, и поэтому в эпоху образования протогалактикам в ранней Вселенной было довольно тесно. В этой ситуации приливные взаимодействия могли вызвать вращение галактик, причем, когда мы рассматриваем для простоты взаимодействие двух галактик, они приобретают одинаковые угловые моменты, направленные в противоположные стороны. Поскольку угловой момент – величина сохраняющаяся, то при падении вещества к центру галактик их вращение все время увеличивается. В какой-то момент времени падение вещества к центру прекращается и скорость вращения галактик стабилизируется.

Спиральная галактика M51.

Наша Галактика вращается довольно сложным образом. Значительная часть материи Галактики вращается дифференциально. Поясним, что это такое. Хорошим примером дифференциального вращения служит вращение планет вокруг Солнца. Они движутся по своим орбитам согласно закону всемирного тяготения, и каждой планете «совершенно безразлично», как и по какой орбите двигается другая (конечно, достаточно далекая планета).

Есть другой тип вращения – твердотельный. Здесь уже картина совершенно другая. Пример твердотельного вращения музыкальный диск, крутящийся на проигрывателе. Здесь угловая скорость вращения для любой точки диска одинакова.

В Галактике твердотельно вращается лишь некоторый участок диска, в котором линейная скорость возрастает пропорционально радиусу. Соответственно, мы можем сказать, что эта область Галактики вращается твердотельно с постоянной угловой скоростью. За этим участком начинается дифференциальное вращение, и скорость вращения здесь уменьшается с увеличением расстояния от центра.

Самым примечательным процессом в проблеме вращения является движение спиральных рукавов. В них содержится значительное количество газа и пыли, в них происходят интенсивные процессы звездообразования, молодые звезды здесь встречаются чаще, нежели в других областях Галактики. Но как и почему возникает спиральная структура в галактиках?

Спиральная галактика с перемычкой.

Этот вопрос интересует астрономов более 50 лет. Еще в 1928 году Джинс писал: «Каждая неудача при попытках понять происхождение спиральных ветвей делает все более и более трудным противостоять подозрению, что в спиральных туманностях действуют совершенно неизвестные нам силы, быть может отражающие новые и неожиданные метрические свойства пространства.

Предположение, которое настоятельно возникает, состоит в том, что центры туманностей имеют характер сингулярных точек. В этих точках материя втекает в наш мир из некоторого иного и совершенно постороннего пространства. Тем самым обитателю нашего мира сингулярные точки представляются местами, где непрерывно рождается материя».

Сейчас, более чем через полвека после написания этих слов, мы знаем, что действительно в центрах Галактик могут находиться сингулярные точки – черные дыры, что они могут по крайней мере перерабатывать материю. Ф. Хойл также полагал, что в ядрах галактик рождается и впоследствии истекает оттуда материя, из-за чего и образуется в результате спиральная структура.

Сравнительно недавно известный советский астроном Б. Воронцов-Вельяминов пришел к выводу о том, что для объяснения многообразия всех структур галактик необходимо вводить некие новые, неизвестные физике типы взаимодействий.

Конечно же, неортодоксальные гипотезы существуют всегда. Даже когда какая-либо теория становится канонической, общепризнанной. Ну а когда ситуация в целом ясна еще не до конца, то попытки решения вопросов с помощью «первых принципов» и неортодоксальные модели долгое время идут параллельными курсами.

Тем не менее в последние годы оптимизм астрофизиков в вопросе спиральной структуры галактик, ее происхождения и эволюции сильно возрос. Это связано в первую очередь с появлением идеи о волнах плотности, распространяющихся по галактическому диску, и процесс распространения представляет собой как раз твердотельное вращение спиральных рукавов.

Попробуем разобраться в этом вопросе несколько подробнее.

Прежде всего отметим, что спиральных галактик очень много – порядка 70 процентов от всех наблюдаемых галактик. Во многих случаях удалось выявить прямую связь между такой важной характеристикой спирального узора, как степень закрученности в зависимости от видимого распределения массы в галактике. Оказалось, чем сильнее сосредоточено вещество к центру галактики, тем сильнее закручены спиральные рукава. Чем массивнее сама галактика в целом, тем более развита в ней спиральная структура.

Выраженная спиральная структура присутствует в галактиках с твердотельным вращением, в галактиках с перемычкой, в галактиках, имеющих близкий спутник. Таким образом, спиральные рукава – явление, широко распространенное в мире галактик.

Любая теория спиральной структуры должна ответить, как минимум, на два основных вопроса: почему в некоторых галактиках наблюдается ярко выраженный спиральный узор и почему этот узор существует довольно долго, выживает на протяжении многих оборотов Галактики, несмотря на разрушающее воздействие дифференциального вращения? С наибольшей полнотой на эти вопросы ответила теория волн плотности. Что это такое?

Волна плотности – состояние уплотнения материи, распространяющееся по диску Галактики. Это состояние не переносит за собой материю, не тащит ее за собой, а просто вовлекает «в игру» по мере своего распространения новые и новые участки диска, волна переходит от одних частиц (звезд!) к другим, создавая уплотнение в новом месте. Так, волной плотности является любая звуковая волна. Она распространяется в материальной среде, создавая по мере движения уплотнения в различных участках среды, но не увлекает за собой частицы среды.

Если бросить камень в воду, мы увидим на поверхности воды кольцевые волны. Но если размешивать сахар в стакане с чаем ложечкой, то каждый может наблюдать возникновение спиральных структур. Примерно то же самое происходит в галактических дисках.

Несмотря на то, что диск, по крайней мере часть его, вращается дифференциально, спиральный узор всегда вращается с одной и той же угловой скоростью – твердотельно. Теоретический анализ показал, что если спиральные рукава – волны плотности, то они должны быть достаточно устойчивыми образованиями.

Концепция волн плотности приводит к целому ряду очень интересных последствий.

Первое из них состоит в следующем. Волна создает уплотнение в распределении звезд диска, а гребни волны имеют форму спиральных рукавов. Но изменение плотности в гребне волны не сильно отличается от средней плотности распределения звезд в диске. Этот контраст плотности вообще нельзя было бы заметить на фотографиях, если бы звезды в рукавах были такими же, как и в диске. Однако в кромках спиральных рукавов происходит интенсивное звездообразование и там присутствуют молодые звезды, которые на начальной стадии своей эволюции гораздо более ярки, чем большинство звезд диска. Высокая скорость превращения газа в звезды может быть связана со сверхзвуковыми течениями межзвездного газа через рукав. Из-за этого на входе газа в рукав, то есть на кромке рукава, образуются ударные волны, всегда появляющиеся при переходах к сверхзвуковым процессам. В ударной волне газ сильно сжимается, и это может служить началом процесса звездообразования.

Второе интересное следствие, вытекающее из концепции ударных волн, было отмечено советским астрономом Л. Марочником. Он подметил, что Солнечная система в Галактике находится в выделенном, исключительном положении. Исключительность состоит в том, что скорости вращения волны плотности в месте расположения Солнца на радиусе диска и скорость вращения Солнца по галактической орбите примерно равны. Это означает, что Солнце расположено вблизи так называемого коротационного круга, на котором выполняется условие равенства скоростей твердотельного и дифференциального вращения. Очевидно, что в каждой галактике есть лишь один коротационный круг, который является в ней выделенным местом. Солнце вращается почти синхронно с волной плотности, и это должно было создать специальные условия для эволюции протосолнечного облака.

В зоне круга коротации условия звездообразования, разумеется, отличаются от упомянутых выше. Галактических ударных волн там практически нет, и досолнечное облако поэтому находится в течение всего своего времени жизни в рукаве в спокойных стационарных условиях. Можно показать, что в силу малого отличия в скоростях вращения между Солнцем и рукавами досолнечное облако могло лишь один раз находиться в рукаве. Второй раз пересечь рукав Солнечная система еще не успела. В настоящее время она находится между двумя спиральными рукавами нашей Галактики – Персея и Стрельца.

Галактика NGC 7217 в созвездии Пегаса.

Конечно же, расположение Солнца в специфических условиях близости к коротации может быть чисто случайным и не иметь непосредственного отношения к формированию Солнечной системы со всеми ее особенностями и, в частности, с наличием разумной жизни в Солнечной системе. Однако, если это вещь не случайная, то системы, подобные Солнечной, могут образовываться в нашей и в других галактиках именно около коротационного круга, где их стоит, быть может, поискать.

На этом мы и закончим весьма краткий обзор некоторых свойств нашего Млечного Пути. Я старался здесь отметить лишь наиболее интересные вещи, Галактики сейчас привлекают больший интерес астрономов, чем звезды. Это можно объяснить тем, что, с одной стороны, в общих чертах свойства звезд уже понятны к сегодняшнему дню, а, с другой стороны, ввод в строй новой астрономической техники приносит все новую и часто загадочную информацию о галактиках. Физика галактик, как мы уже видели, тесно связана с космологическими проблемами, эволюцией и строением звезд, межзвездной средой. В этой области наблюдается чрезвычайно быстрый прогресс, однако до построения общей стройной теории происхождения и эволюции галактик еще далеко.

Ядра галактик

В заключение этой главы 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-Α 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.

До 1962 года считали, что квазары (квазизвездные источники – guasi stellar sources) расположены в пределах нашей Галактики. Эта точка зрения подкреплялась переменностью светового излучения радиоисточника 3С48. 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 психологический 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 3С 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 3С 273 – двойной источник, причем положение компонент было определено с рекордной для того времени точностью в 1″. 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 3С 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 интересен квазар 3С 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 3С 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-Α, 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.

Квазары не так давно поставили ученых перед совершенно ошеломляющим фактом. Дело в том, что в ряде случаев расстояние между компонентами у квазаров 3С 345, 3С 279, радиогалактики 3С 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″.

Их красное смещение оказалось к тому же практически одинаковым. Казалось абсолютно невероятным, чтобы два столь близких квазара 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.