Мир астрономии. Рассказы о Вселенной, звездах и галактиках - Мухин Лев Михайлович (читать полностью книгу без регистрации .TXT) 📗
Схема действия гравитационной линзы.
Квазары не так давно поставили ученых перед совершенно ошеломляющим фактом. Дело в том, что в ряде случаев расстояние между компонентами у квазаров 3С 345, 3С 279, радиогалактики 3С 120 увеличивается. Когда были проведены радиоинтерферометрические измерения угловой скорости расширения в этих системах, оказалось, что компаньоны удаляются друг от друга со скоростью, в несколько раз превышающей скорость света! Стоит ли говорить о том, насколько эти результаты озадачили ученых.
Правда, довольно скоро выяснилось, что специальная теория относительности, утверждающая, что любые сигналы не могут распространяться со скоростью, превышающей скорость света, может жить спокойно. В данном случае наблюдалась кажущаяся скорость разлета. Читатель сам без труда может построить чисто геометрические конструкции с источником света (вращающийся прожектор), когда можно мерить кажущуюся скорость, превышающую скорость света. В случае квазаров было убедительно показано, что наблюдатель будет видеть кажущуюся скорость разлета, превышающую скорость света тем больше, чем больше скорость выбросов и чем меньше угол между вектором их скорости и лучом зрения. Таким образом, с этой неприятностью как будто покончено.
В 1979 году весь астрономический мир был буквально ошарашен открытием пары квазаров, столь одинаковых по своим характеристикам, что их можно было бы считать близнецами, тем более что расположены они были на небе рядом друг с другом, на расстоянии всего в 6″.
Их красное смещение оказалось к тому же практически одинаковым. Казалось абсолютно невероятным, чтобы два столь близких квазара имели бы столь схожие характеристики. И ученые тогда предположили, что эти квазары — изображение одного и того же объекта на небе! Как подобная вещь может случиться? Мы знаем из теории относительности о реальном отклонении луча вблизи гравитирующей массы. Это было подтверждено экспериментально на примере Солнца. Предположим, что между Землей и далеким квазаром расположено очень массивное тело, например галактика. В этом случае галактика будет действовать как гравитационная линза, искривляя поток излучения квазара неравномерно. Гравитационная линза — настолько неординарное явление природы, что о нем стоит рассказать чуть подробнее.
Еще в 1938 году известный русский астроном Т. Тихов, известный своими работами по астробиологии, опубликовал статью под названием «Следствия возможного отклонения световых лучей в поле тяготения звезд». А за два года до этого Эйнштейна посетил чешский инженер-электрик Р. Манда, который предположил, что в космосе могут находиться гравитационные линзы — звезды. Эйнштейн по его просьбе провел необходимые расчеты и опубликовал небольшую заметку «Линзоподобное действие звезды на отклонение света в гравитационное поле».
Схематическое изображение квазара как центра массивной галактики.
Справедливости ради нужно сказать о том, что еще в 20-х годах нашего столетия английские астрономы О. Лодус и А. Эддингтон рассмотрели некоторые оптические эффекты, возникающие при прохождении света в гравитационном поле звезды. Эддингтон указывал даже на возможность появления двух изображений одного объекта. Сейчас имеются дополнительные свидетельства в пользу действия во Вселенной гравитационных линз.
По поводу квазаров можно сформулировать два наиболее интригующих вопроса. Связаны ли квазары генетически с ядрами галактик или это принципиально новый объект во Вселенной? Какова природа чудовищного излучения квазаров?
Попробуем разобраться с первым вопросом. Некоторые спиральные галактики имеют ядра чрезвычайной яркости. Они были открыты американским астрономом К. Сейфертом в 1943 году и называются с тех пор его именем. Возникает вопрос: не может ли яркая сейфертовская галактика, находящаяся очень далеко от нас, быть принята за квазар? Ведь на большом расстоянии можно увидеть лишь ее ядро, не заметив спиральных рукавов? И действительно: исследуя большие выборки квазаров, удалось установить в ряде случаев наличие у них дополнительной структуры вокруг наиболее яркого участка, причем иногда эта структура напоминала структуру галактик. Эти результаты убеждают нас, что квазары тем или иным образом соотносятся с ядрами галактик. Возможно, что галактики проходят через стадию квазаров, когда их ядра экстремально ярки. И тогда в ядрах других, менее ярких галактик могут находиться сейчас мертвые квазары.
Но что питает живой квазар? Каково его строение? Конечно же, при решении очередной загадки, поставленной перед нами природой, не обошлось без черной дыры. Схема здесь в общем-то идентична той, которую мы рассматривали в галактике NGC 5128.
Предполагается, что в центре квазара или в центре галактического ядра имеется компактный сверхмассивный объект — черная дыра с массой примерно в миллиард солнечных масс. Такие сверхмассивные черные дыры могут образовываться в процессе роста «обычной» черной дыры массой в несколько десятков солнечных. Впоследствии эта дыра растет, поглощая звезды, межзвездную среду и, возможно, другие черные дыры, доводя свою массу до «необходимых» значений.
Затем в результате падения газа на черную дыру образуется аккреционный диск, вместе со всеми сопутствующими явлениями, которые могут объяснить экзотические особенности ядер галактик и квазаров. О механизме «работы» аккреционного диска мы уже вкратце говорили. Более подробно этот процесс будет рассмотрен в следующей главе.
Следует ли из всего вышесказанного, что астрофизика полностью разобралась и с квазарами, и с галактиками? Мне кажется, что у читателя вряд ли сложилось подобное впечатление. Самая главная трудность состоит в том, что большая часть моделей построена на кончике пера, «руками». Ведь не следует забывать, что черные дыры до сих пор еще не открыты. Более того, существуют и альтернативные гипотезы, в частности, гипотеза академика В. Амбарцумяна, согласно которой в ядрах галактик находится особая, дозвездная форма материи, так называемые Д-тела. Бесспорно, успехи в решении этих увлекательных проблем будут обусловлены в первую очередь развитием наблюдательной техники в астрономии.
Звёзды
Небесный глобус. 1584 год.
Характеристики звезд
Более 90 процентов видимого вещества Вселенной сосредоточено в звездах. Именно звезды и планеты были первыми объектами астрономических исследований. Однако процессы эволюции звезд и их внутреннее строение были поняты сравнительно недавно. Начальной точкой в создании теории строения звезд можно считать 1926 год — год выхода в свет книги А. Эддингтона «Внутреннее строение звезд».
Астроном-наблюдатель видит абсолютное большинство звезд даже в самые сильные телескопы в виде точечных источников света. Пожалуй, лишь диск нашего Солнца позволяет реально наблюдать некоторые процессы, происходящие на поверхности звезды. Одной из важнейших характеристик звезды является ее абсолютная величина (не имеющая, конечно, никакого отношения к геометрическим размерам). Она характеризует реальную светимость звезды. О том, как определяются расстояния до звезд, мы уже говорили. Очень важную информацию о звездах, об их химическом составе, температуре приносит изучение спектров. Спектральные классы звезд обозначаются буквами латинского алфавита О, В, А, F, G, К, М, R, N. Это так называемая Гарвардская классификация.
