Квазари (стор. 1 із 4)
Загадка надзірок
Донедавна в зоряній астрономії вважалося, що маса зірок не може перевищувати масу Сонця більш ніж у 100 разів. В іншому випадку зірка виявиться нестійкою і розпадеться. Однак, Хойл і Фаулер припустили, що часом усередині ядер галактик, внаслідок згущення міжзоряного газу, можуть виникати «надзірки» з масами, що перевершують сонячну сотню тисяч і навіть сотні мільйонів разів. Такі надзірки (бо подібний об'єкт не є зіркою у звичайному сенсі цього слова), як показують розрахунки, повинні поступово стискатися, що веде до виділення величезної кількості енергії, в порівнянні з яким спалах звичайної наднової все одно, що спалах сірника в порівнянні з вибухом водневої бомби. Один такий спалах може породити цілком достатню кількість швидких частинок, щоб ціла галактика стала радіогалактикою
При фотографуванні на звичайну фотопластинку багато радіогалактик виглядають як слабкі зірки. У 1963 р. голландський астрофізик Шмідт, який працює в США, досліджував одну з таких зірок ЗС 48, розташовану в сузір'ї Трикутника. Він виявив, що вона знаходиться на відстані півтора мільярда світлових років від Землі і видаляється з колосальною швидкістю, що становить близько однієї шостої швидкості світла.
Незабаром ще один аналогічний об'єкт — ЗС 273, який є своєрідним рекордсменом за кількістю випромінюваного світла, зацікавив радянських астрономів А. С. Шарова та Ю. Н. Єфремова. Вони вивчили ряд фотографій відповідної ділянки зоряного неба, виконаних у різний час, і виявили, що таємничий об'єкт постійно змінював свою яскравість протягом коротких проміжків часу. Аналогічні спостереження було зроблено і американськими астрономами. Здавалося б, на величезномувідстані, що перевищує мільярд світлових років, виявити окрему зірку взагалі неможливо. Можна спостерігати лише велику сукупність зірок-зоряну систему-галактику. Однак яскравість цілої галактики не може зазнавати таких швидких одночасних змін. Це дозволило астрономам зробити висновок, що об'єкт ЗС273 є єдиним тілом надзіркою. Цікаво відзначити, що потік електромагнітної енергії, що випромінюється цим об'єктом, у 100 разів перевищує загальний потік енергії всієї нашої Галактики. Він становить близько 10 47ерг/сек.
Вже одне це говорить про те, що надзірка не може бути скупченням зірок. Щоб забезпечити таку потужність випромінювання, треба було б зосередити у кожному кубічному парсекі 108 зірок. Тим часом у середньому на один кубічний парсек припадає 1/10 зірки.
Що ж до повної енергії, що виділяється в останній момент освіти надзірки, вона досягає 10 60ерг.Щоб виділити таку енергію з допомогою ядерних реакцій, довелося б переробити масу речовини, порівнянну з масою галактики середніх розмірів.
Цікаво відзначити, що взагалі кажучи, відкриття надзірок не було абсолютною несподіванкою. Як ми бачили, вивчення радіогалактик з необхідністю приводило до висновку про те, що у Всесвіті повинні існувати якісь джерела енергії, набагато перевершують за своєю потужністю все, що нам було відомо.
Надалі надзірки отримали назву квазізіркових об'єктів (тобто об'єкти, схожі на зірки, але все ж таки не зірки), або квазарів. Нині виявлено понад сто квазарів. Більш ніж для п'ятдесяти з них вдалося отримати оптичні спектри, що дають змогу досить впевнено визначити зсув спектральних ліній і тим самим виміряти ту швидкість, з якою загадковіоб'єкти переміщуються у просторі. Швидкості ці виявилися надзвичайно великими (один із квазарів, наприклад, рухається зі швидкістю, що досягає 80% швидкості світла). Як ми вже знаємо, картина розширення нашої області Всесвіту така, що більш далекі об'єкти видаляються з великими швидкостями. Це дозволяє за величиною червоного усунення визначати відстань до далеких космічних об'єктів.
Подібним методом вдалося з'ясувати, що квазари знаходяться від нас на колосальних відстанях кілька мільярдів світлових років. Але це означає, що спостерігаючи квазари, ми спостерігаємо об'єкти, які відносяться до тієї самої ери, до якої, згідно з сучасними уявленнями, відноситься початкова стадія освіти Метагалактики. Вже одне це робить квазари надзвичайно цікавими об'єктами наукового дослідження.
Спостереження за рухом і розподілом квазарів у просторі може також дати відомі вказівки на те, яка модель Метагалактики ближча до реального стану речей: «що необмежено розширюється» або «пульсуюча».
Щоправда, справедливість вимагає відзначити, що є й інша думка, за якою червоне зміщення у спектрах квазарів пояснюється не космологічними причинами (тобто. участю цих об'єктів у загальному розширенні Метагалактики), а якимись іншими. Так, наприклад, деякі дослідники вважають, що квазари-це об'єкти, які викидаються зі швидкостями, близькими до швидкості світла (релятивістськими швидкостями), з багатьох центрів вибухів, більш менш рівномірно розподілених у просторі. Однак у такому разі хоча б деякі квазари мали б до нас наближатися, внаслідок чого в їх спектрах мало б спостерігатися не червоне, а синє зміщення. Однак досі жодного квазара із синімзміщенням не виявлено.
Інші вчені у зв'язку з цим висловлюють думку про те, що квазари були викинуті з ядра нашої власної галактики і тому віддаляються від нас у різних напрямках.
Однак важко уявити собі фізичну природу таких вибухів, за яких можливе прискорення великих щільних тіл до швидкостей, порівнянних зі швидкістю світла.
Тому більшість астрономів все ж таки дотримується думки, що квазари-далекі об'єкти.
На користь такого припущення говорить і дуже цікаве дослідження, виконане молодим бюрократським астрономом М. Аракеляном. Йому вперше в результаті вивчення 60 найближчих квазарів вдалося показати, що частоти розподілу їхніх червоних зсувів якраз такі, якими вони повинні бути за умови, що ці червоні усунення пов'язані з участю квазарів у розширенні Метагалактики.
Нещодавно було зроблено ще одне відкриття, сприйняте багатьма астрономами сенсацією. Воно пов'язане із спостереженнями квазара ЗС 297, який, якщо судити з червоного зміщення, розташований на відстані кількох мільярдів світлових років від Землі.
У 1965 р. цей квазар спостерігався як відокремлена освіта. Проте вже в 1966 р. астрономи виявили, що навколо нього з'явилася туманність, що світиться, кутові розміри якої становлять близько 2 секунд дуги.
Чому ж її не спостерігали раніше? На це питання може бути дві відповіді: або речовина туманності викинута квазаром останнім часом, або вона існувала і раніше, але знаходилося в тіні, а тепер випромінювання квазара змусило її світитися.
Як неважко збагнути, «ціна» кожної секунди дуги, якщо перевести її в лінійні заходи, зростає зі збільшенням відстані. З іншого боку, процес розширення чи висвітлення туманності буловідбуватися зі швидкістю, що перевищує швидкість світла. Звідси шляхом нескладних підрахунків виходить, що квазар ЗС287 повинен знаходитися від нас не далі ніж 100000 світлових років (тобто поблизу нашої Галактики або навіть всередині неї). Правда, задля справедливості слід зазначити, що є й інша, досить фантастична можливість: припустити, що в далекому космосі можливі процеси, що поширюються зі швидкістю, більшої швидкості світла.
А може, існує і якесь третє пояснення? Ймовірно, ми дізнаємося про це вже в найближчому майбутньому.
Колосальний інтерес для науки, - не тільки для астрономії, але і для фізики, - являє собою фізична природа самих квазарів. Тут виникають два основні питання: які джерела надпотужної енергії квазізоряних об'єктів і яким чином ця енергія трансформується в енергію космічних променів та магнітного поля, взаємодія яких і породжує радіовипромінювання?
Згідно з початковою ідеєю Хойла і Фаулера надзірки утворюються в результаті згущення міжзоряного газу. Але річ у тому, що стиснення дуже великих газових мас, що відбувається під дією власної гравітації, як показав радянський академік Я. Б. Зельдович, може за певних умов відбуватися без затримки. Підвищення температури та тиску внутрішньої зони такого згустку виявляється недостатнім, щоб перешкодити подальшому стиску. Відбувається так званий гравітаційний колапс - нестримне стиснення всієї маси газу. Цікаво, що маса речовини, що бере участь у гравітаційному колапсі, повинна становити 107-108 сонячних мас.
Таким чином, джерело колосальної енергії квазарів начебто зрозуміле. Це стиск. Але якими шляхами енергія стискування перетворюється на інші види енергії? У цьому йскладається одна з головних загадок надзірок.
З іншого боку, якщо виділення енергії надзірок здійснюється за рахунок колапсу, то, як показують розрахунки, випромінювання світла надзірками відбуватиметься лише протягом дуже короткого часу. Незабаром сили тяжіння речовини, що стиснулася, стануть настільки потужними, що перестануть випускати світлові промені. Тим часом квазари, виявлені астрономами, випромінюють на наших очах світло протягом тривалого часу.
У зв'язку з цим висловлюється припущення, що з часом колапс може змінитись антиколапсом, тобто. катастрофічним розширенням, і що саме цю стадію у житті квазарів ми й спостерігаємо.