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 1047эрг/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 1060эрг. 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 необходимостьюприводило 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. Отсюдапутем 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.