Продолжительность взрывов в галактическом центре

Радиоастрономы долгое время считали, что межзвездные магнитные поля Галактики не позволяют заряженным частицам космических лучей из ее ядра двигаться по прямой траектории. В результате у них сложилось неверное представление о природе крупных радиоизлучающих лепестков, расположенных по бокам радиогалактик, вследствие чего, в свою очередь, сформировалось ошибочное мнение, будто взрывы галактического ядра — явление относительно нечастое. Давайте посмотрим, как возникли подобного рода представления.

Относительно радиогалактики, например такой, как на рисунке Б.1, то астрономы полагали, что частицы космических лучей, испускаемые из ядра галактики, усиленно взаимодействуют с межзвездными и межгалактическими магнитными полями, что приводит к образованию так называемой связанной магнитным полем плазмы. Они считали, что космические лучи попадают в ловушку, как лучи в турбулентном газе оболочки остатка сверхновой, и равномерно испускают синхротронное радиоизлучение во всех направлениях.

Согласно их представлениям, скорость распространения захваченных космических лучей от ядра определялась скоростью распространения самой плазмы, плазма же должна была себя вести, как медленно растекающиеся газ или жидкость. Видя лепестки, выступающие по бокам галактики на расстояние от сотен тысяч до миллионов световых лет, и ее активное ядро, астрономы предположили, что эти испускающие синхротронное излучение космические лучи «убегают» от ядра галактики на расстояние в миллионы лет. Потом они посчитали, что взрывы в ядрах других галактик длятся обычно миллионы лет. Подсчитав, что в настоящее время всего несколько процентов галактик находятся в активном состоянии, они пришли к выводу, что взрывы в ядре должны повторяться примерно каждые 10—100 миллионов лет.

Рис. Б.1. Ближайшая радиогалактика Кентавр А с двумя радиоизлучающими лепестками (круги). Рассматриваемые в проекции эти лепестки расходятся по обеим сторонам от галактики на расстояние в миллион световых лет. В других галактиках лепестки могут быть в десять раз больше　

Делая подобные заключения, астрономы предположили, что плазма космических лучей высвобождается от полюсов галактики, вытекая в межгалактическое пространство двумя потоками, ориентированными перпендикулярно нашему лучу зрения (см. рис. Б2а). Впрочем, явление радиолепестка можно объяснить иначе, причем выводы будут совершенно иные, позволяющие утверждать, что взрывы в ядре происходят гораздо чаще, нежели думали до этого астрономы. Согласно сверхволновой модели, ядро радиогалактики, вероятно, бывает активным в течение от нескольких сотен до нескольких тысяч лет, рождая поток космических лучей, двигающихся радиально наружу в виде расширяющейся оболочки сверхволны со скоростью, очень близкой к скорости света (посмотрите рисунок 3.1).

Слабо взаимодействуя с окружающими магнитными полями, упомянутые выше частицы проникли бы через галактику в метагалактическое пространство. Из-за слабого взаимодействия они испускали бы синхротронные радиоволны, которые, двигаясь вперед, образовывали бы узкоугольный конус (см. рис Б2б). Следовательно, с Земли мы наблюдали бы только излучение, испускаемое этими космическими лучами сверхволны, которые двигаясь из радиогалактики почти по прямой линии к нам, случайно захватили бы Землю. Таким образом, космические лучи в оболочке сверхволны, порождающие наблюдаемое радиоизлучение, казались бы нам двумя направленными вперед лучами, исходящими с разных сторон галактического диска. Их угловое отклонение было бы сравнимо с узким углом излучения, испускаемым частицами. Это излучение предстает в виде двух явных лепестков, а не кольца, так как при прохождении космических лучей через газообразный диск радиогалактики происходит их значительное ослабление. Выходит, что самое сильное излучение испускали бы лучи, направленные под углом сверху и снизу диска.

Рис. Б.2. Два способа объяснения природы радиовыбросов, окружающих радиогалактики, (а) Обычное представление: радиоджеты исходят от полюса галактики перпендикулярно ее диску и содержат захваченные магнитными полями космические лучи, испускающие синхротронное радиоизлучение во всех направлениях. (б) Объяснение, учитывающее фактор сверхволны: эти выбросы — обман зрения; синхротронное радиоизлучение испускает перед собой тонкую оболочку космических лучей, двигающуюся к наблюдателю с околосветовой скоростью.　3. Галактика. 4. Радиовыбросы от полюсов (согласно теории). 5. Наблюдатель. 7. Спроецированное изображение. 8. Галактика.　9. Спроецированное изображение. 10. Наблюдатель.　11. Вид оболочки сверхволны. 12. Настоящая траектория «наблюдаемых» космических лучей　

Поскольку частицы летят за пределы галактики почти так же быстро, как и испускаемое ими синхротронное излучение, синхротронные фотоны, рожденные во время путешествия сверхволны длительностью во много миллионов лет, были бы замечены нами почти одновременно. Фотоны, образовавшиеся в конце путешествия, казались бы нам летящими из областей, расположенных дальше от исходной галактики, тогда как фотоны, появившиеся раньше, казались бы возникшими в области, более близкой к исходной галактике. Получается, что длительность всплеска сверхволны — толщина оболочки ее двигающихся вперед космических лучей — никоим образом не определяет протяженность радиолепестков, очерченных данной оболочкой.

Следовательно, пытаясь установить продолжительность взрыва ядра галактики по видимому спроецированному размеру ее радиолепестков, астрономы неизбежно пришли бы к неправильному выводу, завысив длительность интервала между последовательными взрывами. Кроме того, предположив, что радиолепестки направлены перпендикулярно лучу нашего зрения, а не под углом к нам, они значительно недооценили расстояние, преодолеваемое в межгалактическом пространстве космическими лучами.