Ядра галактик, квазари
У цій статті мені хотілося б ще раз повернутися до проблеми активності галактичних ядер, оскільки ця проблема в ряді випадків тісно пов'язана з, можливо, найцікавішими та загадковими об'єктами Всесвіту -квазарами.
У тій чи іншій мірі радіовипромінювальна активність властива всім галактикам, і, головним чином, саме за активністю в радіодіапазоні вдається оцінити енергетику процесів, що відбуваються в ядрах галактик. Є, однак, винятки.
У 60-х роках цього століття невелика частина радіоджерел на небі була надійно ототожнена із зірками. Астрономам цей результат здався дивовижним, оскільки до цього ототожнення було добре відомо, що космічні джерела радіовипромінювання завжди відповідали або галактикам, або туманностям, що утворилися спалахами наднових зірок. Ми вже говорили про те, що, наприклад, потужність радіовипромінювання джерела Лебідь-А в 1028 разів перевищує інтенсивність радіовипромінювання Сонця. Але згадані вище зореподібні джерела були досить інтенсивними, що не могло не привернути увагу до цього факту природного інтересу астрономів. Саме з цього й розпочалася історія відкриття знаменитих квазарів.
Раніше вважали, що квазари (квазізоряні джерела - guasi stellar sources) розташовані в межах нашої зіркової Галактики. Ця думка підкріплювалася змінністю світлового випромінювання радіоджерела ЗС 48. Добре відомо, що змінність випромінювання оптиці - річ, характерна саме зірок. Для пояснення властивостей квазізіркових об'єктів було запропоновано кілька ідей.
Тим часом астрономами робилися героїчні спроби уточнення характеристик квазарів. Так, при спостереженнях джерела ЗС 273 в Австралії було здійсненобезпрецедентні запобіжні заходи. З телескопа зняли кілька тонн металу, щоб мати змогу спостерігати за менших кутів піднесення. За кілька годин до початку робіт район спостереження був оголошений на надзвичайному становищі. Місцеві радіостанції неодноразово повторювали заклик, щоб на час роботи телескопа все. радіопередавачі було вимкнено. Усі дороги біля телескопа патрулювалися, щоби припинити рух автомобілів у цьому районі. Останній штрих цієї історії має зовсім детективний відтінок: два дублікати записів були відправлені до Сіднея на окремих літаках. Застереження виправдали себе. Виявилося, що ЗС 273 - подвійне джерело, причому положення компонентів було визначено з рекордною для того часу точністю в . Одна з компонентів здавалася звичайною зірочкою 13-ї величини, але при уважному аналізі вдалося з'ясувати, що з «зірки» виходить струмінь завдовжки 100 тисяч світлових років, який сам є джерелом оптичного та радіовипромінювання. І це ще не все. Аналіз червоного усунення ліній джерела ЗС 273 дозволив встановити швидкість його віддалення від нас. Вона виявилася величезною – 42 тисячі км/год. Але тоді це джерело знаходиться на відстані близько 600 мегапарсек. З такими відстанями астрономи 60-х ще «не працювали».
Відразу постало питання про інтенсивність світіння цього джерела в оптиці. Адже якщо він видно з відстані близько двох мільярдів світлових років як зірка 13-ї величини, його світність у сто разів перевищує світність нашої Галактики, що містить сотні мільярдів зірок. Причому кванти квазар випромінював у той час, коли Всесвіт був зовсім молодий.
Ми вже згадували про змінність оптичного випромінювання квазарів. У цьому плані особливо цікавий квазар ЗС 279, який можна зараз спостерігати якслабозмінну зірочку 18-ї величини. Однак на знімках, зроблених до Другої світової війни, його видно як об'єкт майже 13-ї величини. Оцінки показують, що на той час ЗС 279 світив у десять тисяч разів сильніше за нашу Галактику. Але розміри випромінюючої області дуже малі – менше світлового року. До того ж виявилося, що і в рентгенівському діапазоні багато квазарів світять у 1000 разів потужніше, ніж, наприклад, Чумацький Шлях.
Гігантська потужність випромінювання квазарів та ядер деяких галактик не єдина проблема, яку ці об'єкти ставлять перед астрофізиками. Ми вже говорили про космічні викиди та про їх асиметрію. У чому тут річ? І. Шкловський припустив, що якщо існує два симетричні викиди, швидкість яких близька до швидкості світла, спрямованих до спостерігача під невеликим кутом зору, то через релятивістський ефект Доплера потік випромінювання від згустку плазми, що йде до нас, буде в сотні разів. менше, ніж від пучка, що віддаляється. Той просто не буде видно. Але механізм, запропонований Шкловським, неспроможна пояснити однобічність викиду в Центавре-А, оскільки навряд досягаються субсвітлові швидкості. Хоча в інших випадках цей механізм, можливо, і працює (викид в NGC 4486). Існують, звичайно, й інші гіпотези, але остаточної ясності у цьому питанні немає.
Схема впливу гравітаційної лінзи.
Квазари нещодавно поставили вчених перед абсолютно приголомшливим фактом. Справа в тому, що в ряді випадків відстань між компонентами у квазарів ЗС 345 ЗС 279 радіогалактики ЗС 120 збільшується. Коли були проведені радіоінтерферометричні вимірювання кутової швидкості розширення в цих системах, виявилося, що компаньйони віддаляються один від одного зі швидкістю, яка в кілька разів перевищує швидкість світла!Чи варто говорити про те, наскільки ці результати спантеличили вчених.
Правда, незабаром з'ясувалося, що спеціальна теорія відносності, яка стверджує, що будь-які сигнали не можуть поширюватися зі швидкістю, що перевищує швидкість світла, може жити спокійно. У цьому випадку спостерігалася здається швидкість розльоту. Читач сам легко може побудувати чисто геометричні конструкції з джерелом світла (прожектор, що обертається), коли можна міряти уявну швидкість, що перевищує швидкість світла. У випадку квазарів було переконливо показано, що спостерігач бачитиме здається швидкість розльоту, що перевищує швидкість світла тим більше, чим більша швидкість викидів і чим менше кут між вектором їх швидкості та променем зору. Таким чином, з цією неприємністю начебто покінчено.
У 1979 році весь астрономічний світ був буквально приголомшений відкриттям пари квазарів, настільки однакових за своїми характеристиками, що їх можна було б вважати близнюками, тим більше, що розташовані вони були на небі поряд один з одним, на відстані всього в шість.
Схематичне зображення квазара як центру масивної галактики.
Їхнє червоне зміщення виявилося до того ж практично однаковим. Здавалося абсолютно неймовірним, щоб два настільки близькі квазари мали б такі схожі характеристики. І вчені тоді припустили, що ці квазари – зображення одного й того самого об'єкта на небі! Як подібна річ може статися? Ми знаємо з теорії відносності про реальне відхилення променя поблизу гравітуючої маси. Це було підтверджено експериментально з прикладу Сонця. Припустимо, між Землею і далеким квазаром розташовано дуже потужне тіло, наприклад галактика. У цьому випадку галактика діятиме як гравітаційна лінза, викривляючи потік випромінюванняквазара нерівномірно. Гравітаційна лінза настільки неординарне явище природи, що про нього варто розповісти трохи докладніше.
Заради справедливості треба сказати про те, що ще в 20-х роках нашого століття англійські астрономи О. Лодус та А. Еддінгтон розглянули деякі оптичні ефекти, що виникають під час проходження світла у гравітаційному полі зірки. Еддінгтон вказував навіть можливість появи двох зображень одного об'єкта. Наразі є додаткові свідоцтва на користь дії у Всесвіті гравітаційних лінз.
З приводу квазарів можна сформулювати два питання, що найбільше інтригують. Чи пов'язані квазари генетично з ядрами галактик, чи це принципово новий об'єкт у Всесвіті? Якою є природа жахливого випромінювання квазарів?
Спробуємо розібратися із першим питанням. Деякі спіральні галактики мають ядра надзвичайної яскравості. Вони були відкриті американським астрономом К. Сейфертом в 1943 і називаються з того часу його ім'ям. Виникає питання: чи не може яскрава сейфертівська галактика, що знаходиться дуже далеко від нас, прийнята за квазар? Адже на великій відстані можна побачити лише її ядро, не помітивши спіральних рукавів? І справді: досліджуючи великі вибірки квазарів, вдалося встановити у ряді випадків наявність у них додаткової структури навколо найбільш яскравої ділянки, причому іноді ця структура нагадувала структуру галактик. Ці результати переконують нас, що квазари так чи інакше співвідносяться з ядрами галактик. Можливо, галактики проходять через стадію квазарів, коли їхні ядра екстремально яскраві. І тоді в ядрах інших, менш яскравих галактик можуть бути зараз мертві квазари.
Але що живить живий квазар? Яка його будова? Звичайно, при вирішенні чергової загадки, поставленої перед намиприродою, що не обійшлося безчорної діри. Схема тут ідентична тієї, яку ми розглядали в галактиці NGC5 128.
Передбачається, що в центрі квазара або в центрі галактичного ядра є компактний надмасивний об'єкт -чорна діра з масою приблизно мільярд сонячних мас. Такі надмасивні чорні дірки можуть утворюватися в процесі зростання «звичайної» чорної дірки масою кілька десятків сонячних. Згодом ця діра зростає, поглинаючи зірки, міжзоряне середовище та, можливо, інші чорні дірки, доводячи свою масу до «необхідних» значень.
Потім у результаті падіння газу на чорну дірку утворюється акреційний диск разом із усіма супутніми явищами, які можуть пояснити екзотичні особливості ядер галактик і квазарів. Про механізм роботи акреційного диска ми вже коротко говорили. Більш детально цей процес буде розглянуто в наступному розділі.
Чи випливає з усього сказаного вище, що астрофізика повністю розібралася і з квазарами, і з галактиками? Мені здається, що у читача навряд чи склалося таке враження. Найголовніша проблема полягає в тому, що більшість моделей побудована на кінчику пера, «руками». Адже не слід забувати, що чорні дірки досі ще не відкриті. Більше того, існують і альтернативні гіпотези, зокрема гіпотеза академіка В. Амбарцумяна, згідно з якою в ядрах галактик знаходиться особлива, дозоряна форма матерії, так звані Д-тіла. Безперечно, успіхи у вирішенні цих цікавих проблем будуть зумовлені насамперед розвитком спостережної техніки в астрономії.