Виктор Комаров - Занимательная астрофизика

• Название: Занимательная астрофизика
• Автор: Виктор Комаров
• Издательство: Наука. Главная редакция физико-математической литературы
• Жанр: Научпоп
• Год: 1984

Книга в популярной и занимательной форме знакомит читателей с наиболее интересными проблемами современной астрофизики, с не обычными физическими объектами в космосе: пульсарами, квазарами, радиогалактиками, черными: дырами, источниками: рентгеновского и гамма-излучения, а также с наиболее интересными вопросами современной космологии. В книге рассказывается о новых методах познания Вселенной, об открытиях, сделанных в последние годы. Специальный раздел посвящен проблеме поиска разумной жизни во Вселенной.

Для иллюстрации вопросов астрофизики авторы в ряде случаев прибегают к помощи научной фантастики.

Под редакцией В, М. Чаругина.

---

Таким образом, чем больше г, тем дальше от нас находится тот или иной внегалактический объект и тем быстрее он удаляется.

Но точное измерение расстояний до галактик по красному смещению, т. е. с помощью постоянной Хаббла, требует весьма сложных наблюдений. Поэтому те данные, которыми располагали на этот счет астрономы, долгое время не отличались точностью. А неточные наблюдения — это бич естественных наук, ибо на основе неточных наблюдений легко можно сделать ошибочные выводы. Как говорил академик Л. А. Арцимович, нет ничего хуже неточных наблюдений, подтверждающих неточную теорию…

В середине 60-х годов наиболее далекому объекту, обнаруженному астрономами, соответствовало z = 0,46. Однако в последние годы совершенствование методов астрономических наблюдений позволило измерять красное смещение для чрезвычайно слабых оптических объектов и благодаря этому приступить к поиску еще более далеких галактик. Для этой цели применялась современная электронная аппаратура.

Было использовано то обстоятельство, что существуют галактики g очень яркими линиями излучения — эмиссионными линиями, которые удается обнаруживать раньше, чем остальной спектр. Таким методом было зарегистрировано свыше 10 галактик, для которых Δλ/λ0 больше, чем 0,5. Четыре из этих галактик оказались наиболее далекими. Это объекты ЗС 13 (z=1,050), ЗС 356 (z=,079), ЗС 368 (z=1,132) и ЗС 4271 (z=1,175)…

В 1977 г. эстонские астрономы — группа под руководством члена-корреспондента АН ЭССР Я. Э. Эйнасто — установили, что в созвездии Персея есть большая область, свободная от галактик («черная область»).

В настоящее время, с помощью новейших методов астрономических наблюдений, оценены расстояния примерно до 10 тысяч галактик. Это позволяет воспроизвести картину их распределения уже не только на небесной сфере, но и в трехмерном пространстве. Статистическая обработка полученных данных позволила обнаружить несколько достаточно больших областей, внутри которых галактики практически отсутствуют.

Выяснилось, что галактики в сверхскоплениях действительно образуют своеобразные «сети» в виде дуг, перемычек и стенок гигантских ячеек, напоминающих пчелиные соты. Протяженность каждой стороны такой ячейки — порядка 100 млн. световых лет.

В частности, американские астрономы сообщили о том, что им удалось обнаружить свободную от звезд и галактик область с поперечником около 300 млн. световых лет. Они изучали распределение звездных островов вдоль трех, близко расположенных прямых линий, направленных в глубины Вселенной. В результате такого зондирования обнаружилось, что по избранным направлениям в промежутке между «отметками» 240 и 360 мегапарсеков[5]) (соответственно около 500 млн. и 800 млн. световых лет) находится одна-единственная галактика. Наоборот, вблизи указанных «отметок» галактики расположены достаточно густо. Ориентировочный объем открытой учеными полости составляет около 1 млн. кубических мегапарсеков или 3·1064 см3.

Открытие сетевой структуры сверхскоплений галактик, если ее повсеместный характер подтвердится дальнейшими наблюдениями, имеет чрезвычайно важное значение для понимания особенностей строения и эволюции нашей Вселенной.

Дело в том, что сетевая структура неустойчива. Это, возможно, и служит причиной того, что систем более высокого порядка, чем сверхскопления, в нашей Вселенной не существует. Не исключено, что именно поэтому иерархия звездных систем обрывается на сверхскоплениях. Устойчивыми образованиями наиболее крупного масштаба являются скопления галактик. Правда, в современной Вселенной существует и следующая ступень иерархии — сверхскопления галактик. Но они рассеиваются и представляют собой временную фазу пространственного распределения звездных систем.

По-видимому, это говорит о том, что мы живем на некоем промежуточном этапе эволюции нашей Вселенной, этапе не слишком молодом, но и не слишком старом, когда структуре Вселенной еще предстоит измениться весьма существенным образом. По некоторым оценкам продолжительность этапа эволюции, на протяжении которого сохраняется сетевая структура в распределении галактик, — порядка 10 млрд. лет.

С другой стороны, сетевая структура сверхскоплений галактик как-то возникла. Она сформировалась из какого-то предшествующего состояния, которое, в свою очередь, тоже образовалось не на «пустом месте». Эта «цепочка» последовательных состояний, в конце концов, приведет нас к тому отдаленному этапу эволюции нашей Вселенной, когда складывались «зародыши» будущих космических объектов и их систем, которые составляют структуру современной Вселенной. Иными словами, сетевая структура сверхскоплений галактик отражает определенные начальные условия, которые и привели к подобному положению вещей. Какие? Возможно, ответ на этот вопрос сможет дать теория «блинов».

Правда, между этой теорией и наблюдаемой сетевой структурой обнаружились и некоторые несоответствия. Дело в том, что во всех обнаруженных полостях встречаются так называемые галактики Маркаряна — активные галактики с избыточным ультрафиолетовым излучением[6]). Между тем с точки зрения «блинной» теории должны существовать и полости, которые заполняет только ионизованный газ, но нет условий для образования галактик.

Таким образом, соотношение между «блинной» теорией и наблюдениями оказывается достаточно сложным. С одной стороны, теория предсказывает существование сетевой структуры, а с другой — не все ее выводы подтверждаются наблюдениями, а некоторые факты даже вступают с нею и в противоречия.

Но, вообще говоря, было бы трудно ожидать, чтобы сравнительно молодая теория, описывающая столь сложный процесс, как формирование галактик, к тому же процесс, удаленный от нас во времени на миллиарды лет, не стал иным излучением космической среды. На этом фоне выделяются отдельные дискретные источники — это второй класс космических «радиостанций».

Одним из важнейших открытий астрономии второй половины XX в., значительно расширившим наши представления о Вселенной, было обнаружение внегалактических источников радиоизлучения — радиогалактик. Большинство внегалактических радиообъектов составляют звездные системы, подобные нашей, — их называют нормальными галактиками. Радиоизлучение ближайших нормальных галактик (в частности, знаменитой галактики в Андромеде) имеет такие же свойства, как и радиоизлучение нашего звездного острова.

Однако есть галактики, которые резко отличаются от нормальных своим исключительно мощным радиоизлучением. Они излучают в радиодианазоне в сотни и даже миллионы раз больше энергии, чем нормальные. Один из самых известных объектов такого рода — радиоисточник в созвездии Лебедя. Подобные галактики и получили название радиогалактик. Поток радиоизлучения от галактики в Лебеде, принимаемый на Земле, такой же, как и от одного из самых интенсивных галактических радиоисточников — остатка сверхновой в Кассиопее. Но при этом расстояние до источника в Лебеде в 50 000 раз больше.

Как выяснилось, излучение радиогалактик, подобно радиоизлучению Крабовидной туманности, имеет синхротронную природу. Но если в Крабовидной туманности электроны приобрели околосветовые скорости в результате взрыва сверхновой звезды, то какие источники энергии работают в радиогалактиках? Источники, способные поддерживать их мощное радиоизлучение на протяжении многих миллионов лет?

Сейчас уже мало кто сомневается в том, что таким источником являются очень мощные физические процессы, протекающие в центральных частях радиогалактик — их ядрах.

Среди космических радиостанций особое внимание привлекают к себе уже известные нам квазары. В настоящее время зарегистрировано свыше 1500 квазаров. Внешне, для неспециалиста, квазары — довольно невзрачные объекты. На чувствительных астрономических фотопластинках они выглядят как крошечные звездообразные объекты (рис. 7). Однако астрономы были поражены, когда выяснилось, что эти объекты находятся от нас на огромных расстояниях — в миллиарды световых лет.

Одним из самых близких к нам квазаров является квазар ЗС 273[7]). Именно этот квазар и был открыт первым. Но даже он находится от нас на столь большом расстоянии, что мы наблюдаем его таким, каким он был несколько миллиардов лет назад. Одиночная звезда при таком удалении наблюдаться не может.

Рис. 7. Квазар ЗС 273. Справа вверху — «выброс».

Исходя из этого, можно заключить, что энерговыделение квазаров огромно. Светимость всей нашей Галактики составляет около 1037 Вт. У квазаров она на несколько порядков выше! А общее количество энергии, выделяемой квазарами, оценивается в 1054 Дж. Это в 10 триллионов раз больше, чем выделило Солнце за все время своего существования. Такого количества энергии вполне достаточно, чтобы поддерживать наблюдаемое энерговыделение квазаров на протяжении сотен тысяч лет.