Таинственные квазары
Открытие квазаров в 1963 году американским астрономом М. Шмидтом является одним из величайших достижений астрономии двадцатого века. А произошло это следующим образом.
В начале 1960 года астрономы зафиксировали несколько довольно интенсивных радиосигналов, источником которых, как вскоре было установлено, являлись звезды. Прежде же радиоизлучение фиксировалось только у галактик и туманностей.
Безусловно, астрономы не могли не обратить внимания на это любопытное явление. И несколько ученых, среди которых был и М. Шмидт, стали активно изучать странные звезды. Американский астроном начал исследовать спектр довольно яркой звезды 13-й величины, которой соответствовал интенсивный радиоисточник 3С 273. В результате проведенных наблюдений Шмидт выяснил, что расстояние до источника примерно два миллиарда световых лет, и удаляется он от Земли со скоростью 42000 километров в секунду.
В те годы с такими огромными расстояниями астрономам встречаться еще не приходилось. Но удивительным было даже не это, а то, что, несмотря на невероятно большое расстояние, странный объект обладал исключительно высокой яркостью. Связав посредством сложных математических расчетов расстояние с яркостью, ученые пришли к выводу, что светимость 3С 273 почти в сто раз превышает светимость нашей Галактики, которая, между прочим, относится к числу гигантских звездных систем. Впрочем, если бы 3С 273 не был радиоисточником, его вряд ли зафиксировали бы.
Квазар 3C273. Фото НАСА
Открытие у 3С 273 переменности и впрямь стало для астрономов сюрпризом, хотя до этого они наблюдали переменность у разных типов звезд. Но поскольку 3С 373 имел колоссальную яркость, ученые сначала пришли к выводу, что это – галактика, состоящая из триллионов звезд. Но так как каждая звезда светится независимо от своих соседок, то о переменности «сглаженного» и усредненного по времени излучения такого гигантского по численности сообщества звезд не могло быть и речи! И тем не менее переменность, причем довольно значительная, была очевидной.
Из того факта, что светимость изменялась в течение одного года, астрономы сделали вывод, что и линейные размеры излучающей области тоже равняются приблизительно одному световому году. Но такая величина для любой галактики слишком ничтожная. Из этого заключения следовало вполне резонное предположение, что излучают не звезды, а нечто иное.
Но что представляет собой это «нечто иное», точно сказать никто не мог. Можно было лишь с большой долей уверенности предположить, что этот объект по своей природе похож на ядра сейфертовских галактик, правда, в несколько тысяч раз мощнее и активнее их.
Придерживаясь исторической справедливости, следует сказать, что переменность светимости ядер сейфертовских галактик была открыта чуть позже, в 1965 году. А активное исследование этих галактик началось после открытия и изучения объектов, родственных по своей природе 3С 273. Именно их и стали называть квазарами…
Однако как было показано в ходе дальнейших наблюдений за квазарами, 3С 273 по сравнению с другими своими собратьями по Вселенной по скорости перемещения оказался настоящим тихоходом.
Так, открытый позже объект 3С48 уносится от Земли со скоростью лишь вдвое меньше скорости света! И если считать, что этот объект подчиняется общему закону красного смещения, легко вычислить, что расстояние от Земли до объекта 3С48 равно 3,78 миллиарда световых лет! А ведь луч света путь от Солнца до Земли преодолевает приблизительно за 8,33 минуты. А здесь почти 4 миллиарда лет непрерывного стремительного движения – время, сравнимое с продолжительностью жизни нашей планеты.
Еще быстрее перемещается в пространстве объект 3С196: скорость его удаления от нашей планеты достигает 200 тысяч километров в секунду.
А расстояние до него, найденное по красному смещению, около 12 миллиардов световых лет. Это значит, что астрономы уловили луч света, который был послан к нам тогда, когда еще не существовало нашей Солнечной системы.
Неизвестный источник энергии
Квазары таят в себе немало загадок. Однако самая трудная из них – это механизм, который позволяет этим объектам выделять столь гигантские количества энергии. Действительно, если квазары и впрямь находятся от Земли на столь громадных расстояниях, то какой же источник энергии поддерживает свечение квазара? И как эта невероятная светимость возникает?
Известно, что квазар занимает относительно небольшую часть пространства, что говорит о том, что он довольно компактен. Отсюда можно сделать вывод, что и механизм выделения энергии в квазаре тоже должен быть особенным.
Пытаясь объяснить этот световой феномен квазаров, ряд астрофизиков предполагает, что выделение энергии в квазарах, возможно, связано с наличием сверхмассивных черных дыр, которые и обеспечивают невероятную яркость этих экзотических объектов. Начиная с середины 70-х годов прошлого века эта идея приобретает все большую популярность.
Невероятную яркость, а значит, выделения огромного количества энергии связывают также с работой сил тяготения, а радиоизлучение квазара – с синхротронным излучением заряженных частиц в магнитном поле.
Впрочем, существуют гипотезы, согласно которым мощность потоков энергии от квазаров значительно ниже, так как расстояния до них сильно преувеличены. Так, если квазары в 100 раз ближе к Земле, чем принято считать, то, согласно расчетам, их светимость завышена в 10 000 раз.
Советский астроном А.С. Шаров
В пользу этой гипотезы астрономы приводят тот аргумент, что квазары нередко видны вблизи пекулярных (необычных) галактик. Эти галактики имеют обычные красные смещения, которым соответствуют скорости удаления, равные нескольким процентам от скорости света. А квазары, расположенные на небе поблизости от них, имеют красные смещения в 10—20 раз больше!
Но если квазары находятся по соседству с относительно близкими галактиками, чем тогда объяснить их огромные красные смещения? И как вещество могло быть выброшено, причем всегда в противоположную от Земли сторону, с такими огромными скоростями, сохранив при этом форму объекта? Ответов на эти вопросы у астрофизиков пока нет…
Не могут пока астрономы объяснить, почему некоторые из квазаров меняют свою яркость с периодом в несколько суток, недель или лет. В то же время обычные галактики такой особенности не обнаруживают.
Любопытное исследование провели советские астрономы А.С. Шаров и Ю.Н. Ефремов. Они попытались выяснить, как вели себя квазары раньше. Для этого исследователи внимательно изучили 73 негатива, на которых с 1896 по 1963 год был зафиксирован объект 3С273. И, к немалому удивлению, установили, что 3С273 менял свою яркость! Причем очень заметно: от 12,0 до 12,7 звездной величины, то есть почти в два раза. А в некоторые периоды, например с 1927 по 1929 год, поток излучения от 3С273 возрастал в 3—4 раза!
Бывало и такое, что в течение всего нескольких суток объект менял яркость на 0,2—0,3 звездной величины. При этом внешне никаких других существенных изменений не происходило: объект неизменно казался звездой, хотя и переменной. Подобное явление позже было обнаружено и у объекта 3С48.
Чем же объяснить такое странное поведение объектов 3С48 и 3С273? Астрономами на этот счет были выдвинуты три гипотезы.
Согласно первой из них, звезды в галактике изменяют свою яркость сразу и одинаково, словно получив для этого некую команду. Безусловно, такое объяснение слишком абсурдно, чтобы его серьезно рассматривать.
Вторая гипотеза предполагает, что странные объекты, сходные с галактиками по характеру красного смещения, имеют совсем другую физическую природу. И скорее всего квазары представляют собой активные ядра очень и очень далеких галактик.
Считается, что квазары – это компактные объекты сравнительно небольших размеров, но при этом имеющие колоссальную массу, достигающую миллиардов Солнц. Именно сравнительно малыми размерами и можно объяснить колебания светимости квазара. А огромная масса позволяет ему иметь невероятную яркость или, точнее, светимость, поскольку известно, что чем массивнее звезда, тем ярче она светит. Эта закономерность давно установлена из наблюдений, а также из теоретических соображений.
В последние годы астрономы установили, что квазарам свойственно также инфракрасное и рентгеновское излучения. Причем мощность этих типов излучения у некоторых из этих объектов даже больше, чем в видимой области и в радиодиапазоне.
Если просуммировать энергии излучения во всех областях спектра, то окажется, что некоторые квазары выделяют в 100 000 раз больше энергии в секунду, чем гигантские галактики. Но опять же, это в том случае, если принятые сегодня оценки расстояний до квазаров верны.
И еще: оказалось, что большинство квазаров являются мощными рентгеновскими источниками. Более того, появилось предположение, что, в отличие от радиоизлучения, рентгеновское излучение – характерное свойство квазаров.