15

Содержание:

Загадка сверхзвезд	2
Квазары и радиогалактики	6
Квазары и незвездная материя	12
Литература	15

Загадка сверхзвезд

До недавнего времени в звездной астрономии счита­лось, что масса звезд не может превосходить массу Солнца более чем в 100 раз. В противном случае звезда окажется неустойчивой и распадется. Однако, Хойл и Фаулер предположили, что временами внутри ядер га­лактик, вследствие сгущения межзвездного газа, могут возникать «сверхзвезды» с массами, превосходящими сол­нечную в сотни тысяч и даже сотни миллионов раз. Та­кие сверхзвезды (ибо подобный объект не является звездой в обычном смысле этого слова), как показывают расчеты, должны постепенно сжиматься, что ведет к вы­делению огромного количества энергии, по сравнению с которым вспышка обычной сверхновой все равно, что вспышка спички по сравнению со взрывом водородной бомбы. Одна такая вспышка может породить вполне до­статочное количество быстрых частиц, чтобы целая га­лактика стала радиогалактикой

При фотографировании на обычную фотопластинку многие радиогалактики выглядят как слабые звезды. В 1963 г. голландский астрофизик Шмидт, работающий в США, исследовал одну из таких звезд ЗС 48, располо­женную в созвездии Треугольника. Он обнаружил, что она находится на расстоянии полутора миллиардов све­товых лет от Земли и удаляется с колоссальной скоро­стью, составляющей около одной шестой скорости света.

Вскоре еще один аналогичный объект — ЗС 273, кото­рый является своеобразным рекордсменом по количе­ству излучаемого света, заинтересовал советских астро­номов А. С. Шарова и Ю. Н. Ефремова. Они изучили ряд фотографий соответствующего участка звездного неба, выполненных в разное время, и обнаружили, что таинственный объект то и дело менял свою яркость в те­чение коротких промежутков времени. Аналогичные на­блюдения были сделаны и американскими астрономами. Казалось бы, на огромном расстоянии, превосходящем миллиард световых лет, обнаружить отдельную звезду вообще невозможно. Можно наблюдать только большую совокупность звезд—звездную систему—галактику. Однако яркость целой галактики не может испытывать столь быстрых одновременных изменений. Это позволило астрономам сделать заключение, что объект ЗС273 является единым телом — сверхзвездой. Интересно от­метить, что поток электромагнитной энергии, излучае­мой этим объектом, в 100 раз превосходит общий поток энергии всей нашей Галактики. Он составляет около 10⁴⁷ эрг/сек.

Уже одно это говорит о том, что сверхзвезда не мо­жет быть скоплением звезд. Чтобы обеспечить такую мощность излучения, надо было бы сосредоточить в каж­дом кубическом парсеке 10⁸ звезд. Между тем в среднем на один кубический парсек приходится 1/10 звезды.

Что же касается полной энергии, выделяющейся в момент образования сверхзвезды, то она достигает 10⁶⁰ эрг. Чтобы выделить такую энергию с помощью ядерных реакций, пришлось бы переработать массу ве­щества, сравнимую с массой галактики средних раз­меров.

Интересно отметить, что, вообще говоря, открытие сверхзвезд не было абсолютной неожиданностью. Как мы видели, изучение радиогалактик с необходимостью приводило к выводу о том, что во Вселенной должны существовать какие-то источники энергии, намного пре­восходящие по своей мощности все, что нам было из­вестно.

В дальнейшем сверхзвезды получили название ква­зизвездных объектов (т. е. объекты, похожие на звезды, но все же не звезды), или квазаров. В настоящее время обнаружено свыше ста квазаров. Более чем для пяти­десяти из них удалось получить оптические спектры, позволяющие достаточно уверенно определить смещение спектральных линий и тем самым измерить ту скорость, с которой загадочные объекты перемещаются в про­странстве. Скорости эти оказались чрезвычайно боль­шими (один из квазаров, например, движется со скоро­стью, достигающей 80% скорости света). Как мы уже знаем, картина расширения нашей области Вселенной такова, что более далекие объекты удаляются с боль­шими скоростями. Это позволяет по величине красного смещения определять расстояние до далеких космиче­ских объектов.

Подобным методом удалось выяснить, что квазары находятся от нас на колоссальных расстояниях в не­сколько миллиардов световых лет. Но это означает, что наблюдая квазары, мы наблюдаем объекты, которые от­носятся к той самой эпохе, к которой, согласно совре­менным представлениям, относится начальная стадия образования Метагалактики. Уже одно это делает ква­зары необычайно интересными объектами научного ис­следования.

Наблюдение за движением и распределением кваза­ров в пространстве может также дать известные указа­ния на то, какая модель Метагалактики ближе к реаль­ному положению вещей: «неограниченно расширяющая­ся» или «пульсирующая».

Правда, справедливость требует отметить, что суще­ствует и другая точка зрения, согласно которой красное смещение в спектрах квазаров объясняется не космоло­гическими причинами (т. е. участием этих объектов в общем расширении Метагалактики), а какими-то дру­гими. Так, например, некоторые исследователи считают, что квазары—это объекты, которые выбрасываются со скоростями, близкими к скорости света (релятивистски­ми скоростями), из многих центров взрывов, более или менее равномерно распределенных в пространстве. Од­нако в подобном случае хотя бы некоторые квазары должны были бы к нам приближаться, в результате чего в их спектрах должно было бы наблюдаться не красное, а синее смещение. Однако до сих пор ни одного квазара с синим смещением не обнаружено.

Другие ученые в связи с этим высказывают мысль о том, что квазары были выброшены из ядра нашей собственной галактики и поэтому удаляются от нас в различных направлениях.

Однако трудно представить себе физическую природу таких взрывов, при которых возможно ускорение больших плотных тел до скоростей, сравнимых со скоростью света.

Поэтому большинство астрономов все же придержи­вается мнения, что квазары—далекие объекты.

В пользу такого предположения говорит и очень ин­тересное исследование, выполненное молодым бюракан-ским астрономом М. Аракеляном. Ему впервые в резуль­тате изучения 60 ближайших квазаров удалось показать, что частоты распределения их красных смещений как раз таковы, какими они должны быть при условии, что эти красные смещения связаны с участием квазаров в расширении Метагалактики.

Недавно было сделано еще одно открытие, воспри­нятое многими астрономами как сенсация. Оно связано с наблюдениями квазара ЗС 297, который, если судить по красному смещению, расположен на расстоянии не­скольких миллиардов световых лет от Земли.

В 1965 г. этот квазар наблюдался как обособленное образование. Однако уже в 1966 г. астрономы обнару­жили, что вокруг пего появилась светящаяся туман­ность, угловые размеры которой составляют около 2 се­кунд дуги.

Почему же ее не наблюдали раньше? На этот во­прос может быть два ответа: либо вещество туманности выброшено квазаром в самое последнее время, либо оно существовало и раньше, но находилось в тени, а теперь излучение квазара заставило ее светиться.

Как нетрудно сообразить, «цена» каждой секунды дуги, если перевести ее в линейные меры, растет с уве­личением расстояния. С другой стороны, процесс рас­ширения или освещения туманности не мог происходить со скоростью, превосходящей скорость света. Отсюда путем несложных подсчетов получается, что квазар ЗС287 должен находиться от нас не дальше чем 100000 световых лет (т. е. вблизи нашей Галактики или даже внутри нее). Правда, справедливости ради следует от­метить, что имеется и другая, довольно фантастическая возможность: предположить, что в дальнем космосе воз­можны процессы, распространяющиеся со скоростью, большей скорости света.

А может быть, существует и какое-либо третье объ­яснение? Вероятно, мы узнаем об этом уже в недалеком будущем.

•v' Колоссальный интерес для науки, — не только для астрономии, но и для физики,—представляет собой фи­зическая природа самих квазаров. Здесь возникают два основных вопроса: каковы источники сверхмощной энер­гии квазизвездных объектов и каким образом эта энер­гия трансформируется в энергию космических лучей и магнитного поля, взаимодействие которых и порождает радиоизлучение?

Согласно первоначальной идее Хойла и Фаулера сверхзвезды образуются в результате сгущения меж­звездного газа. Но дело в том, что сжатие очень боль­ших газовых масс, происходящее под действием собст­венной гравитации, как показал советский академик Я. Б. Зельдович, может при определенных условиях происходить без задержки. Повышение температуры и давления внутренней зоны такого сгустка оказывается недостаточным, чтобы воспрепятствовать дальнейшему сжатию. Происходит так называемый гравитационный коллапс—неудержимое сжатие всей массы газа. Любо­пытно, что масса вещества, принимающего участие в гравитационном коллапсе, должна составлять 10⁷—10⁸ солнечных масс.

Таким образом, источник колоссальной энергии ква­заров как будто бы ясен. Это—сжатие. Но какими путями энергия сжатия переходит в другие виды энергии? В этом и состоит одна из главных загадок сверхзвезд.

С другой стороны, если выделение энергии сверх­звезд осуществляется за счет коллапса, то, как показы­вают расчеты, излучение света сверхзвездами будет про­исходить лишь в течение очень короткого времени. Вскоре силы тяготения сжавшегося вещества сделаются настолько мощными, что перестанут выпускать световые лучи. Между тем квазары, обнаруженные астрономами, излучают на наших глазах свет в течение длительного времени.

В связи с этим высказывается предположение, что со временем коллапс может смениться антиколлапсом,т.е. катастрофическим расширением, и что именно эту ста­дию в жизни квазаров мы и наблюдаем.

Другие астрономы считают, что у квазаров имеют­ся особые источники энергии, о которых мы пока еще просто не можем судить из-за трудности наблю­дений и недостаточности имеющихся данных.

Но как бы там ни было, открытие квазаров—бес­спорно, одно из самых замечательных достижений аст­рономии начала второй половины двадцатого столетия, которое может привести к пересмотру многих привыч­ных представлений. Во всяком случае, построить удов­летворительную теоретическую картину этого явления, оставаясь в рамках современных физических теорий, до сих пор не удается. Разумеется, это вовсе не означает, что встретившись с каким-либо непонятным явлением, следует немедленно отказаться от попыток объяснить его с точки зрения уже известных представлений. Но, с другой стороны, нельзя забывать и о том, что всякая довая теория берет свое начало именно с таких фактов, которые не укладываются в рамки прежних представ­лений.

Поскольку выяснение физической природы квазаров наталкивается на существенные трудности, мы вправе уже сейчас задуматься над вопросом: а что, если та­кого объяснения в рамках современных представлении получить не удастся? Очевидно, это будет означать, что переход энергии сжатия в энергию электромагнитного излучения в квазарах совершается какими-то еще не известными нам путями либо наши представления о са­мой природе квазаров и источниках их собственной энергии не вполне соответствуют действительности. Только дальнейшие астрономические исследования мо­гут разрешить эту проблему.

Во всяком случае, не исключена возможность того, что обнаружение квазаров относится к числу такого рода фактов, которыми открываются новые страницы исто­рии науки.

Квазары и радиогалактики

Прежде всего необходимо установить, являются ли квазары самостоятельными, обособленными объектами или они связаны с процессами, протекающими в так называемых галактических ядрах, т. е. центральных сгу­щениях вещества, имеющихся в целом ряде звездных островов Вселенной. Чтобы решить эту задачу, нужно самым тщательнейшим образом проанализировать су­ществующие в настоящее время данные астрономиче­ских и радиоастрономических наблюдений с тем, чтобы постараться выяснить физическую сущность процессов, происходящих в квазизвездных объектах.

Не так давно было обнаружено, что один из первых открытых астрономами квазаров, ЗС 273, обладает до­вольно сильным инфракрасным излучением. Согласно подсчетам Шкловского мощность этого излучения при­мерно в 100 раз превосходит мощность светового излу­чения ЗС273. Анализируя данные наблюдений, ученый пришел к выводу, что источник инфракрасного излуче­ния совпадает с оптическим ядром квазара. Это наво­дит на мысль, что инфракрасное и оптическое излучения ЗС 273 имеют общую природу.

Как уже упоминалось выше, мощность, которая ге­нерируется у ЗС 273 в инфракрасном и субмиллиметро­вом диапазонах, чрезвычайно велика, а размеры цент­рального ядра весьма незначительны. Но это означает, что исключительно велика и плотность излучения. При такой плотности должно иметь место особое явление, называемое обратным эффектом Комптона. Оно состоит в том, что фотоны невидимых электромагнитных излуче­ний, взаимодействуя с электронами, движущимися со скоростями, близкими к скорости света (релятивистские электроны), рассеиваются с изменением длины волны. В результате получается электромагнитное излучение в оптическом диапазоне. Таким образом, согласно выво­дам Шкловского инфракрасное и оптическое излучения квазара ЗС273 тесно связаны между cобой.