Квазари - сама вражаюча загадка астрофізики
У 1963 р. американський астроном голландського походження М. Шмідт зробив одне з найбільших відкриттів в астрономії ХХ ст. Це відкриття, однак має свою передісторію. Близько 1960 невелика кількість радіоджерел було дуже надійно ототожнене з зірками, що було повною несподіванкою. Адже до цих пір космічні радіоджерела ототожнювалися або з галактиками, або з туманностями. Очікувані потоки радіовипромінювання навіть від найближчих зірок повинні бути украй незначні. А між тим ототожнені із зірками радіоджерела були досить інтенсивні. Цілком природно, що астрономи-оптики відразу ж зацікавилися цими зірками. М. Шмідт отримав і досліджував спектр такий досить яскравої зірки тринадцятий величини, ототожнення з інтенсивним радіоджерел 3С 273. Цей спектр містив лінії випромінювання, які спочатку ні з якими лабораторними лініями ототожнити не вдавалося. Велике ж було здивування астрономів, коли Шмідт з повною достовірністю ототожнив ці лінії з основними лініями водню серії Бальмера, довжини хвиль яких зміщені в червону сторону на нечувану в ті часи величину, відповідну швидкості видалення джерела 42000 км / с! Така швидкість видалення з великою імовірністю означає, що об'єкт 3С 273 знаходиться в Метагалактиці, а спостережуване червоне зміщення спектральних ліній зумовлено розширенням Всесвіту. Застосовуючи закон Хаббла одержимо відстань до цього джерела близько двох мільярдів світлових років. З такими відстанями астрономи ще тоді не зустрічалися. Тим більше дивно, що, незважаючи на величезні відстані, об'єкт 3С 273 досить яскравий. Звідси випливає, що світність 3С 273 приблизно в сто разів перевищує світимість нашої Галактики, що вважається гігантської зоряної системою. З об'єктами такої високої світимості астрономи тоді ще не зустрічалися. Слід зауважити, що дивовижні властивості об'єкта 3С 273 були відкриті тільки завдяки тому, що він виявився радіоджерел. На небі є багато тисяч зірочок тринадцятий величини, і серед них об'єкт 3С 273, багаторазово потрапляв в поле зору оптичних телескопів і довгі роки рішуче нічим не залучав до себе уваги. Відразу ж після з'ясування метагалактіческой природи 3С 273 автор цієї статті прийшов до парадоксального висновку, що блиск 3С 273 може змінюватися з часом. Радянські астрономи А. С. Шаров і Ю. Н. Ефремов ретельно досліджували старі фотографії неба, на які випадково потрапляв цей об'єкт. Ці фотографії зберігалися в "скляній бібліотеці" Державного Астрономічного інституту ім. Штернберга. Результати перевершили найсміливіші очікування: 3С 273 міняв свій блиск за декілька років майже на цілу зоряну величину, тобто приблизно в 2.5 рази! Незабаром це відкриття радянських учених було підтверджено на більш багатому наглядовій матеріалі в США.
Відкриття змінності 3С 273 дійсно було парадоксальним. До цього часу змінність астрономи виявляли і вивчали у зірок різних типів. Але ж, здавалося, 3С 373 - це галактика, що складається з трильйонів зірок, кожна з яких, звичайно, повинна випромінювати незалежно. Так що про змінності "згладженого" і усередненого за часом випромінювання такої величезної кількості зірок не могло бути й мови! І все ж змінність, і притому значна, була в наявності! З того простого факту, що характерний час зміни потоку (а, отже, світності) було близько 1 року, з очевидністю випливало, що лінійні розміри випромінюючої області не перевищують 1 світловий рік - величина, нікчемно мала для галактик. Звідси випливав висновок, що випромінюють не зірки, а щось інше. Відносно цього "іншого" можна було тільки сказати, що це об'єкт, до певної міри близький по своїй природі ядрам сейфертовських галактик, але тільки в тисячі разів могутніше і активніше. До речі, зауважимо, що історично змінність блиску ядер сейфертовських галактик була відкрита пізніше, а саме дослідження цих галактик в значній мірі стимулювалося дослідженням об'єктів, споріднених за своєю природою 3С 273 і одержали назву "квазарів" "квазізоряних радіоджерел" ("квазі-зіркові" об'єкти ).
Відстань до квазарів
У міру накопичення даних спостережень більшість астрономів прийшли до висновку, що квазари далі від нас, ніж будь-які інші об'єкти, доступні спостереженню. Але невелика частина астрономів затверджувала, що найбільш переконливі дані спостережень говорять про просторову близькості квазарів і не дуже далеких галактик.
Схилення
Більшість квазарів інтенсивно випромінюють радіохвилі. Коли астрономи точно визначили положення цих радіоджерел на фотографіях, отриманих у видимому світлі, вони виявили зіркоподібні об'єкти.
Щоб встановити природу дивних небесних тіл, сфотографували їх спектр. І побачили зовсім несподіване! Ці "зірки" мали спектр, різко відрізняється від усіх інших зірок. Спектри були абсолютно незнайомими. У більшості квазарів вони не містили не тільки добре відомих і характерних для звичайних зірок ліній водню, в них взагалі з першого погляду не можна було знайти ні однієї лінії навіть якого-небудь іншого хімічного елемента. Працював у США молодий голландський астрофізик М. Шмідт з'ясував, що лінії в спектрах дивних джерел невпізнанні лише тому, що вони сильно зміщені в червону область спектру, а насправді це лінії добре відомих хімічних елементів (перш за все водню).
Причина зсуву спектральних ліній квазарів була предметом великих наукових дискусій, у результаті яких переважна більшість астрофізиків прийшли до висновку, що червоне зміщення спектральних ліній пов'язано із загальним розширенням Метагалактики.
У спектрі об'єктів 3С273 і 3С48 червоний зсув досягає небувалої величини. Зсув ліній до червоного кінця спектру може бути ознакою видалення джерела від спостерігача. Чим швидше віддаляється джерело світла, тим більше червоний зсув у його спектрі.
Характерно, що в спектрі практично всіх галактик (а для далеких галактик це правило не має жодного винятку) лінії в спектрі завжди зміщені до його червоного кінця. Схилення пропорційно відстані до галактики.
Швидкість видалення
У найбільш далеких з відомих до цих галактик червоний зсув вельми великий. Відповідні йому швидкості видалення вимірюються десятками тисяч кілометрів на секунду. Але у об'єкту 3С48 червоний зсув перевершило всі рекорди. Вийшло, що він несеться від Землі зі швидкістю тільки приблизно вдвічі менше швидкості світла! Якщо вважати, що цей об'єкт підкоряється загальному закону червоного зсуву, легко обчислити, що відстань від Землі до об'єкту 3С48 одно 3,78 млрд. світлових років! Приміром, за 8 1 / 3 хвилин промінь світла долетить до Сонця, за 4 роки - до найближчої зірки. А тут майже 4 млрд.лет безперервного сверхстремітельного польоту - час, порівнянний з тривалістю життя нашої планети.
Для об'єкта 3С196 відстань, також знайдена по червоному зсуву, вийшло рівним 12 млрд. світлових років, тобто ми вловили промінь світла, який був посланий до нас ще тоді, коли ні Землі, ні Сонця не існувало! Об'єкт 3С196 дуже швидкий - його швидкість видалення по променю зору досягає 200 тисяч кілометрів на секунду.
Вік квазарів
За сучасними оцінками, віки квазарів вимірюються мільярдами років. За цей час кожен квазар випромінює величезну енергію. Нам невідомі процеси, які могли б служити причиною такого енерговиділення. Якщо припустити, що перед нами сверхзвездой, в якій "згоряє" водень, то її маса повинна в мільярд разів перевищувати масу Сонця. Тим часом сучасна теоретична астрофізика доводить, що при масі більш ніж в 100 разів перевищує сонячну, зірка неминуче втрачає стійкість і розпадається на ряд фрагментів.
З відомих нині квазарів, загальне число яких більше 10 000, найближчий видалений на 260 000 000 світлових років, найдальший - на 15 млрд. світлових років. Квазари, мабуть, найбільш старі з об'єктів, спостережуваних нами, тому що з відстані в мільярди світлових років звичайні галактики не видні ні в один телескоп. Однак це "живе минуле" поки що абсолютно незрозуміло нам. Природа квазарів дотепер повністю не з'ясована.
Надзвичайна світимість
Підкоряючись тому ж закону космологічного видалення, що і галактики, джерела 3С273 і 3С48 самі по собі сильно відрізняються від звичайних галактик, подібних нашій Галактиці. Перш за все вражає їх надзвичайна світимість, в сотні разів перевищує світність нашої Галактики.
Здавалося б, об'єкти, такі далекі від Землі, повинні бути доступними лише спостерігачу, озброєному наймогутнішими сучасними телескопами. У дійсності, наприклад, об'єкт 3С273 можна знайти в сузір'ї Волосся Вероніки як зірочку 12,6 зоряної величини. Такі зірки доступні навіть любительським телескопів.
Таємничим є і той факт, що за своїми розмірами квазари явно менше галактик: адже вони виглядають як точкові джерела світла, у той час як навіть найвіддаленіші галактики схожі на розмиті світяться плями.
Джерело енергії
Якими ж жахливими по потужності випромінювання повинні бути ці джерела світла, якщо з відстані в мільярди світлових років вони здаються такими яскравими!
Найважче питання, пов'язаний з квазарами, - це пояснення гігантського виділення енергії. Якщо квазари і справді знаходяться на космологічно великих відстанях від нас (тобто червоне зміщення справді пов'язане з розширенням Всесвіту), то потрібно пояснити, як виникає ця найсильніша світимість. Залишається загадкою, який же джерело енергії підтримує свічення квазара. Ясно одне, що який би не був цей джерело, зосереджений він у відносно невеликій області простору, тобто достатньо компактний. А це саме по собі вже говорить про те, що механізм виділення енергії в квазарах досить незвичайний.
Багато астрофізики вважають, що квазари пов'язані з ядрами галактик, що знаходяться на певному щаблі еволюції. Наприклад, ядро галактики М87 набагато яскравіше її зовнішніх частин. Але є галактики і інших типів, так звані сейфертовських галактики, у яких контраст яскравого ядра з слабосветящейся іншою частиною виражений ще більш різко. Можливо, квазари - наступна сходинка цієї послідовності. Якщо вони розташовані дуже далеко, то ми бачимо тільки їх яскраве ядро, слабка ж оболонка (якщо вона взагалі є) просто зовсім не видна.
Висловлюється також припущення, що, як і в галактиці М87, виділення енергії в квазарах, можливо, пов'язано з наявністю надмасивних чорних дірок. Починаючи з середини 70-х років ідея про те, що гігантське виділення енергії в квазарах пояснюється чорними дірами, придбала велику популярність.
Процес виділення енергії теж пов'язують з роботою сил тяжіння, а радіовипромінювання квазара - це синхротронне випромінювання заряджених частинок в магнітному полі.
Деякі астрономи вважають, що потоки енергії від квазарів значно нижче, оскільки відстані до них сильно перебільшені. Якщо квазари, скажімо, в 100 разів ближче до нас, ніж ми думаємо, то ми завищуємо в 10 000 разів їх світимість при розрахунках потужності випромінювання по їх спостерігається яскравості. Астрономи, які дотримуються цієї точки зору, виходять з того факту, що квазари часто видні на небі поряд з пекулярними (незвичайними) галактиками. Ці галактики, хоча і дещо незвичайні по своїй структурі, мають звичайні червоні зсуви, яким відповідають швидкості видалення, рівні кількох відсотків від швидкості світла. А квазари, розташовані на небі поблизу від них, мають червоні зсуви в 10 - 20 разів більше!
Якщо квазари знаходяться по сусідству з досить близькими галактиками, ніж пояснити їх величезні червоні зсуви? Єдине розумне пояснення - ефект Доплера, але чому ми завжди спостерігаємо лише червоний зсув (видалення) і ніколи - фіолетове (наближення)? І як речовина могла бути викинута (завжди в напрямі від нас!) З такими величезними швидкостями і зберегти при цьому форму єдиного об'єкту?
Відповідь говорить: це нікому невідомо. За 15 років не вдалося визначити ні відстані до квазарів, ні їх природу і джерела їх колосальної енергії. Може бути, загадка квазарів таїть у собі ключ до якоїсь нової області астрофізики, якісь нові можливості виникнення великих червоних зсувів в невідомих нам ситуаціях або нові способи генерації гігантських енергій, якщо квазари знаходяться дуже далеко. Будемо сподіватися, що в наступні роки нам вдасться подолати ці труднощі в поясненні природи видалених областей Всесвіту, в яких розташовані квазізоряних об'єкти. А зараз ми можемо тільки сказати: мабуть, це природні, а не штучні астрономічні об'єкти, оскільки поки не зрозуміло, як цивілізація могла б "зробити" квазар.
Змінність і розмір
Ще одна загадка квазарів полягає в тому, що деякі з них міняють свою яскравість з періодом в декілька діб, тижнів або років, тоді як звичайні галактики не виявляють таких варіацій.
Московські астрономи А. С. Шаров і Ю. Н. Ефремов вирішили з'ясувати, як поводилися у минулому "дивні зірки". Вони уважно переглянули 73 негативу, на яких з 1896 по 1963 р. був відображений об'єкт 3С273. Висновок, до якого прийшли радянські учені, можна вважати цілком достовірним. А він є вражаючим. Виявилося, що 3С273 міняв свою яскравість! І не чуть-чуть, а дуже помітно - від 12,0 до 12,7 зоряної величини, тобто майже в два рази. Бували випадки (наприклад, в період з 1927 по 1929 р.), коли за нетривалий час потік випромінювання від 3С273 зростав в 3 - 4 рази! Іноді за кілька діб об'єкт мінявся на 0,2 - 0,3 зоряної величини. При цьому зовні, оптично, не відбувалося ніяких інших істотних змін - "дивна зірка" незмінно здавалася зіркою, хоча і змінної. Подібне явище пізніше було виявлено і в об'єкта 3С48.
Відомі тисячі змінних зірок, з різних причин змінюються. Але серед звичайних галактик не було зареєстровано жодної змінної. Хоча багато хто з них містять тисячі і мільйони змінних зірок, коливання їх світимості відбуваються в різнобій і такі неістотні для галактики в цілому, що загальне випромінювання галактик завжди залишається практично незмінним. Жоден оптичний інструмент миру не може уловити хоча б найменші коливання світимості якої-небудь з галактик.
Залишаються три можливості. Перша з них безглузда: зірки галактики змінюються відразу і однаково, як по команді, в одному ритмі. З фізичної сторони таке пояснення настільки абсурдне, так суперечить всім нашим знанням про космос, що не заслуговує серйозного розгляду. Друга можливість - дивні об'єкти, схожі з галактиками за характером червоного зсуву, мають фізичну природу, абсолютно відмінну від галактик. Однак, більшість астрономів припускають, що квазари - активні ядра наддалеких галактик.
Безперечно, що квазари - це не протяжні, розкидані на десятки тисяч світлових років зоряні системи, а якісь вельми компактні тіла невеликих порівняно розмірів і колосальної маси (мільярди сонячних мас). Відносно малі розміри можуть пояснити швидкість коливань світимості всього об'єкту в цілому, а величезна маса - єдино можлива причина виняткової яскравості, або, точніше світності небесного тіла. Чим масивніше зірка, тим яскравіше вона світить. Ця закономірність слід як з спостережень, так і з теоретичних міркувань.
Не тільки по масі, але і по потужності випромінювання квазари різко відрізняються від усіх відомих небесних тіл. Навіть наднові зірки "бліднуть" у порівнянні з ними. Наднові зірки випромінюють світла в кілька мільярдів разів більше, ніж Сонце тільки в момент свого потужного вибуху. Рядовий ж квазар завжди в десятки тисяч разів випромінює більше
Інфрачервоне і рентгенівське випромінювання квазарів
В останні роки астрономам вдалося зареєструвати інфрачервоне і рентгенівське випромінювання квазарів; вони виявили, що потужність випромінювання деяких об'єктів в цих областях спектру навіть більше, ніж у видимій області і радіодіапазоні. Якщо підсумувати енергії випромінювання у всіх областях спектру, то виявляється, що деякі квазари генерують в 100 000 разів більше енергії в секунду, ніж гігантські галактики за умови, що наші оцінки відстаней до квазарів вірні.
Розвиток рентгенівської астрономії допомогло встановити, що більшість квазарів виявилися потужними рентгенівськими джерелами. Деякий натяк на це можна було помітити ще в результаті найперших рентгенівських спостережень квазара 3С273, а в останніх дослідженнях обсерваторії "Ейнштейн" ("НЕАО-В") було виявлено вже більше 100 квазарів з сильним рентгенівським випромінюванням.
У 1963 р. американський астроном голландського походження М. Шмідт зробив одне з найбільших відкриттів в астрономії ХХ ст. Це відкриття, однак має свою передісторію. Близько 1960 невелика кількість радіоджерел було дуже надійно ототожнене з зірками, що було повною несподіванкою. Адже до цих пір космічні радіоджерела ототожнювалися або з галактиками, або з туманностями. Очікувані потоки радіовипромінювання навіть від найближчих зірок повинні бути украй незначні. А між тим ототожнені із зірками радіоджерела були досить інтенсивні. Цілком природно, що астрономи-оптики відразу ж зацікавилися цими зірками. М. Шмідт отримав і досліджував спектр такий досить яскравої зірки тринадцятий величини, ототожнення з інтенсивним радіоджерел 3С 273. Цей спектр містив лінії випромінювання, які спочатку ні з якими лабораторними лініями ототожнити не вдавалося. Велике ж було здивування астрономів, коли Шмідт з повною достовірністю ототожнив ці лінії з основними лініями водню серії Бальмера, довжини хвиль яких зміщені в червону сторону на нечувану в ті часи величину, відповідну швидкості видалення джерела 42000 км / с! Така швидкість видалення з великою імовірністю означає, що об'єкт 3С 273 знаходиться в Метагалактиці, а спостережуване червоне зміщення спектральних ліній зумовлено розширенням Всесвіту. Застосовуючи закон Хаббла одержимо відстань до цього джерела близько двох мільярдів світлових років. З такими відстанями астрономи ще тоді не зустрічалися. Тим більше дивно, що, незважаючи на величезні відстані, об'єкт 3С 273 досить яскравий. Звідси випливає, що світність 3С 273 приблизно в сто разів перевищує світимість нашої Галактики, що вважається гігантської зоряної системою. З об'єктами такої високої світимості астрономи тоді ще не зустрічалися. Слід зауважити, що дивовижні властивості об'єкта 3С 273 були відкриті тільки завдяки тому, що він виявився радіоджерел. На небі є багато тисяч зірочок тринадцятий величини, і серед них об'єкт 3С 273, багаторазово потрапляв в поле зору оптичних телескопів і довгі роки рішуче нічим не залучав до себе уваги. Відразу ж після з'ясування метагалактіческой природи 3С 273 автор цієї статті прийшов до парадоксального висновку, що блиск 3С 273 може змінюватися з часом. Радянські астрономи А. С. Шаров і Ю. Н. Ефремов ретельно досліджували старі фотографії неба, на які випадково потрапляв цей об'єкт. Ці фотографії зберігалися в "скляній бібліотеці" Державного Астрономічного інституту ім. Штернберга. Результати перевершили найсміливіші очікування: 3С 273 міняв свій блиск за декілька років майже на цілу зоряну величину, тобто приблизно в 2.5 рази! Незабаром це відкриття радянських учених було підтверджено на більш багатому наглядовій матеріалі в США.
Відкриття змінності 3С 273 дійсно було парадоксальним. До цього часу змінність астрономи виявляли і вивчали у зірок різних типів. Але ж, здавалося, 3С 373 - це галактика, що складається з трильйонів зірок, кожна з яких, звичайно, повинна випромінювати незалежно. Так що про змінності "згладженого" і усередненого за часом випромінювання такої величезної кількості зірок не могло бути й мови! І все ж змінність, і притому значна, була в наявності! З того простого факту, що характерний час зміни потоку (а, отже, світності) було близько 1 року, з очевидністю випливало, що лінійні розміри випромінюючої області не перевищують 1 світловий рік - величина, нікчемно мала для галактик. Звідси випливав висновок, що випромінюють не зірки, а щось інше. Відносно цього "іншого" можна було тільки сказати, що це об'єкт, до певної міри близький по своїй природі ядрам сейфертовських галактик, але тільки в тисячі разів могутніше і активніше. До речі, зауважимо, що історично змінність блиску ядер сейфертовських галактик була відкрита пізніше, а саме дослідження цих галактик в значній мірі стимулювалося дослідженням об'єктів, споріднених за своєю природою 3С 273 і одержали назву "квазарів" "квазізоряних радіоджерел" ("квазі-зіркові" об'єкти ).
Відстань до квазарів
У міру накопичення даних спостережень більшість астрономів прийшли до висновку, що квазари далі від нас, ніж будь-які інші об'єкти, доступні спостереженню. Але невелика частина астрономів затверджувала, що найбільш переконливі дані спостережень говорять про просторову близькості квазарів і не дуже далеких галактик.
Схилення
Більшість квазарів інтенсивно випромінюють радіохвилі. Коли астрономи точно визначили положення цих радіоджерел на фотографіях, отриманих у видимому світлі, вони виявили зіркоподібні об'єкти.
Щоб встановити природу дивних небесних тіл, сфотографували їх спектр. І побачили зовсім несподіване! Ці "зірки" мали спектр, різко відрізняється від усіх інших зірок. Спектри були абсолютно незнайомими. У більшості квазарів вони не містили не тільки добре відомих і характерних для звичайних зірок ліній водню, в них взагалі з першого погляду не можна було знайти ні однієї лінії навіть якого-небудь іншого хімічного елемента. Працював у США молодий голландський астрофізик М. Шмідт з'ясував, що лінії в спектрах дивних джерел невпізнанні лише тому, що вони сильно зміщені в червону область спектру, а насправді це лінії добре відомих хімічних елементів (перш за все водню).
Причина зсуву спектральних ліній квазарів була предметом великих наукових дискусій, у результаті яких переважна більшість астрофізиків прийшли до висновку, що червоне зміщення спектральних ліній пов'язано із загальним розширенням Метагалактики.
У спектрі об'єктів 3С273 і 3С48 червоний зсув досягає небувалої величини. Зсув ліній до червоного кінця спектру може бути ознакою видалення джерела від спостерігача. Чим швидше віддаляється джерело світла, тим більше червоний зсув у його спектрі.
Характерно, що в спектрі практично всіх галактик (а для далеких галактик це правило не має жодного винятку) лінії в спектрі завжди зміщені до його червоного кінця. Схилення пропорційно відстані до галактики.
Швидкість видалення
У найбільш далеких з відомих до цих галактик червоний зсув вельми великий. Відповідні йому швидкості видалення вимірюються десятками тисяч кілометрів на секунду. Але у об'єкту 3С48 червоний зсув перевершило всі рекорди. Вийшло, що він несеться від Землі зі швидкістю тільки приблизно вдвічі менше швидкості світла! Якщо вважати, що цей об'єкт підкоряється загальному закону червоного зсуву, легко обчислити, що відстань від Землі до об'єкту 3С48 одно 3,78 млрд. світлових років! Приміром, за 8 1 / 3 хвилин промінь світла долетить до Сонця, за 4 роки - до найближчої зірки. А тут майже 4 млрд.лет безперервного сверхстремітельного польоту - час, порівнянний з тривалістю життя нашої планети.
Для об'єкта 3С196 відстань, також знайдена по червоному зсуву, вийшло рівним 12 млрд. світлових років, тобто ми вловили промінь світла, який був посланий до нас ще тоді, коли ні Землі, ні Сонця не існувало! Об'єкт 3С196 дуже швидкий - його швидкість видалення по променю зору досягає 200 тисяч кілометрів на секунду.
Вік квазарів
За сучасними оцінками, віки квазарів вимірюються мільярдами років. За цей час кожен квазар випромінює величезну енергію. Нам невідомі процеси, які могли б служити причиною такого енерговиділення. Якщо припустити, що перед нами сверхзвездой, в якій "згоряє" водень, то її маса повинна в мільярд разів перевищувати масу Сонця. Тим часом сучасна теоретична астрофізика доводить, що при масі більш ніж в 100 разів перевищує сонячну, зірка неминуче втрачає стійкість і розпадається на ряд фрагментів.
З відомих нині квазарів, загальне число яких більше 10 000, найближчий видалений на 260 000 000 світлових років, найдальший - на 15 млрд. світлових років. Квазари, мабуть, найбільш старі з об'єктів, спостережуваних нами, тому що з відстані в мільярди світлових років звичайні галактики не видні ні в один телескоп. Однак це "живе минуле" поки що абсолютно незрозуміло нам. Природа квазарів дотепер повністю не з'ясована.
Надзвичайна світимість
Підкоряючись тому ж закону космологічного видалення, що і галактики, джерела 3С273 і 3С48 самі по собі сильно відрізняються від звичайних галактик, подібних нашій Галактиці. Перш за все вражає їх надзвичайна світимість, в сотні разів перевищує світність нашої Галактики.
Здавалося б, об'єкти, такі далекі від Землі, повинні бути доступними лише спостерігачу, озброєному наймогутнішими сучасними телескопами. У дійсності, наприклад, об'єкт 3С273 можна знайти в сузір'ї Волосся Вероніки як зірочку 12,6 зоряної величини. Такі зірки доступні навіть любительським телескопів.
Таємничим є і той факт, що за своїми розмірами квазари явно менше галактик: адже вони виглядають як точкові джерела світла, у той час як навіть найвіддаленіші галактики схожі на розмиті світяться плями.
Джерело енергії
Якими ж жахливими по потужності випромінювання повинні бути ці джерела світла, якщо з відстані в мільярди світлових років вони здаються такими яскравими!
Найважче питання, пов'язаний з квазарами, - це пояснення гігантського виділення енергії. Якщо квазари і справді знаходяться на космологічно великих відстанях від нас (тобто червоне зміщення справді пов'язане з розширенням Всесвіту), то потрібно пояснити, як виникає ця найсильніша світимість. Залишається загадкою, який же джерело енергії підтримує свічення квазара. Ясно одне, що який би не був цей джерело, зосереджений він у відносно невеликій області простору, тобто достатньо компактний. А це саме по собі вже говорить про те, що механізм виділення енергії в квазарах досить незвичайний.
Багато астрофізики вважають, що квазари пов'язані з ядрами галактик, що знаходяться на певному щаблі еволюції. Наприклад, ядро галактики М87 набагато яскравіше її зовнішніх частин. Але є галактики і інших типів, так звані сейфертовських галактики, у яких контраст яскравого ядра з слабосветящейся іншою частиною виражений ще більш різко. Можливо, квазари - наступна сходинка цієї послідовності. Якщо вони розташовані дуже далеко, то ми бачимо тільки їх яскраве ядро, слабка ж оболонка (якщо вона взагалі є) просто зовсім не видна.
Висловлюється також припущення, що, як і в галактиці М87, виділення енергії в квазарах, можливо, пов'язано з наявністю надмасивних чорних дірок. Починаючи з середини 70-х років ідея про те, що гігантське виділення енергії в квазарах пояснюється чорними дірами, придбала велику популярність.
Процес виділення енергії теж пов'язують з роботою сил тяжіння, а радіовипромінювання квазара - це синхротронне випромінювання заряджених частинок в магнітному полі.
Деякі астрономи вважають, що потоки енергії від квазарів значно нижче, оскільки відстані до них сильно перебільшені. Якщо квазари, скажімо, в 100 разів ближче до нас, ніж ми думаємо, то ми завищуємо в 10 000 разів їх світимість при розрахунках потужності випромінювання по їх спостерігається яскравості. Астрономи, які дотримуються цієї точки зору, виходять з того факту, що квазари часто видні на небі поряд з пекулярними (незвичайними) галактиками. Ці галактики, хоча і дещо незвичайні по своїй структурі, мають звичайні червоні зсуви, яким відповідають швидкості видалення, рівні кількох відсотків від швидкості світла. А квазари, розташовані на небі поблизу від них, мають червоні зсуви в 10 - 20 разів більше!
Якщо квазари знаходяться по сусідству з досить близькими галактиками, ніж пояснити їх величезні червоні зсуви? Єдине розумне пояснення - ефект Доплера, але чому ми завжди спостерігаємо лише червоний зсув (видалення) і ніколи - фіолетове (наближення)? І як речовина могла бути викинута (завжди в напрямі від нас!) З такими величезними швидкостями і зберегти при цьому форму єдиного об'єкту?
Відповідь говорить: це нікому невідомо. За 15 років не вдалося визначити ні відстані до квазарів, ні їх природу і джерела їх колосальної енергії. Може бути, загадка квазарів таїть у собі ключ до якоїсь нової області астрофізики, якісь нові можливості виникнення великих червоних зсувів в невідомих нам ситуаціях або нові способи генерації гігантських енергій, якщо квазари знаходяться дуже далеко. Будемо сподіватися, що в наступні роки нам вдасться подолати ці труднощі в поясненні природи видалених областей Всесвіту, в яких розташовані квазізоряних об'єкти. А зараз ми можемо тільки сказати: мабуть, це природні, а не штучні астрономічні об'єкти, оскільки поки не зрозуміло, як цивілізація могла б "зробити" квазар.
Змінність і розмір
Ще одна загадка квазарів полягає в тому, що деякі з них міняють свою яскравість з періодом в декілька діб, тижнів або років, тоді як звичайні галактики не виявляють таких варіацій.
Московські астрономи А. С. Шаров і Ю. Н. Ефремов вирішили з'ясувати, як поводилися у минулому "дивні зірки". Вони уважно переглянули 73 негативу, на яких з 1896 по 1963 р. був відображений об'єкт 3С273. Висновок, до якого прийшли радянські учені, можна вважати цілком достовірним. А він є вражаючим. Виявилося, що 3С273 міняв свою яскравість! І не чуть-чуть, а дуже помітно - від 12,0 до 12,7 зоряної величини, тобто майже в два рази. Бували випадки (наприклад, в період з 1927 по 1929 р.), коли за нетривалий час потік випромінювання від 3С273 зростав в 3 - 4 рази! Іноді за кілька діб об'єкт мінявся на 0,2 - 0,3 зоряної величини. При цьому зовні, оптично, не відбувалося ніяких інших істотних змін - "дивна зірка" незмінно здавалася зіркою, хоча і змінної. Подібне явище пізніше було виявлено і в об'єкта 3С48.
Відомі тисячі змінних зірок, з різних причин змінюються. Але серед звичайних галактик не було зареєстровано жодної змінної. Хоча багато хто з них містять тисячі і мільйони змінних зірок, коливання їх світимості відбуваються в різнобій і такі неістотні для галактики в цілому, що загальне випромінювання галактик завжди залишається практично незмінним. Жоден оптичний інструмент миру не може уловити хоча б найменші коливання світимості якої-небудь з галактик.
Залишаються три можливості. Перша з них безглузда: зірки галактики змінюються відразу і однаково, як по команді, в одному ритмі. З фізичної сторони таке пояснення настільки абсурдне, так суперечить всім нашим знанням про космос, що не заслуговує серйозного розгляду. Друга можливість - дивні об'єкти, схожі з галактиками за характером червоного зсуву, мають фізичну природу, абсолютно відмінну від галактик. Однак, більшість астрономів припускають, що квазари - активні ядра наддалеких галактик.
Безперечно, що квазари - це не протяжні, розкидані на десятки тисяч світлових років зоряні системи, а якісь вельми компактні тіла невеликих порівняно розмірів і колосальної маси (мільярди сонячних мас). Відносно малі розміри можуть пояснити швидкість коливань світимості всього об'єкту в цілому, а величезна маса - єдино можлива причина виняткової яскравості, або, точніше світності небесного тіла. Чим масивніше зірка, тим яскравіше вона світить. Ця закономірність слід як з спостережень, так і з теоретичних міркувань.
Не тільки по масі, але і по потужності випромінювання квазари різко відрізняються від усіх відомих небесних тіл. Навіть наднові зірки "бліднуть" у порівнянні з ними. Наднові зірки випромінюють світла в кілька мільярдів разів більше, ніж Сонце тільки в момент свого потужного вибуху. Рядовий ж квазар завжди в десятки тисяч разів випромінює більше
Інфрачервоне і рентгенівське випромінювання квазарів
В останні роки астрономам вдалося зареєструвати інфрачервоне і рентгенівське випромінювання квазарів; вони виявили, що потужність випромінювання деяких об'єктів в цих областях спектру навіть більше, ніж у видимій області і радіодіапазоні. Якщо підсумувати енергії випромінювання у всіх областях спектру, то виявляється, що деякі квазари генерують в 100 000 разів більше енергії в секунду, ніж гігантські галактики за умови, що наші оцінки відстаней до квазарів вірні.
Розвиток рентгенівської астрономії допомогло встановити, що більшість квазарів виявилися потужними рентгенівськими джерелами. Деякий натяк на це можна було помітити ще в результаті найперших рентгенівських спостережень квазара 3С273, а в останніх дослідженнях обсерваторії "Ейнштейн" ("НЕАО-В") було виявлено вже більше 100 квазарів з сильним рентгенівським випромінюванням.
Виходячи з цих спостережень, вважають, що на відміну від радіовипромінювання рентгенівське випромінювання - характерна властивість квазарів.
Кратні квазари
Особливу увагу астрофізиків і фізиків привернули кратні (подвійні, потрійні) квазари: подвійний квазар в сузір'ї Великої Ведмедиці (1978), потрійний квазар в сузір'ї Лева (1980) і такий же квазар в сузір'ї Риб (1981). Кожен з об'єктів представляв собою квазарів-близнюків, розташованих один від одного на відстані декількох кутових секунд, що мають дуже схожі спектри і червоні зсуви. Однак, цілком ймовірно, перераховані квазари не є "істинні" кратні квазари, а лише зображення відповідного джерела. Розщеплення одного зображення на декілька відбувається під дією гравітаційного поля масивної галактики, що опинилася на шляху між квазаром і нами. Промені світла від квазарів можуть викривлятися під дією гравітації галактик, що грають роль джерел гравітаційної фокусування. Такі гравітаційні лінзи можуть спотворювати форми далеких галактик, що, на думку деяких вчених, відкриває нові можливості дослідження великомасштабних неоднорідностей в розподілі речовини у Всесвіті.
Не виключено, що ефект гравітаційної лінзи в деяких випадках створюють не далекі галактики, а масивні чорні діри. Індійські астрофізики Г. Падманабхан і С. Чітре звернули увагу на випадки, коли видно подвоєне зображення квазара, а галактики, що викликала це явище, поблизу не виявлено. От і з'явилася гіпотеза про те, що ефект створюють практично точкові чорні діри з масою, в мільйон разів перевершує масу Сонця. Так як до цих пір ніде жодна чорна діра не виявлено, то поки що важко сказати, наскільки близька до істини така гіпотеза.
Питання про те, чи існують в природі "істинні" подвійні квазари, залишається предметом досліджень та дискусій.
Радіоструктура квазарів
Радіоструктура квазарів багато в чому нагадує радіогалактики, так що звичайно по одній лише цій структурі відрізнити квазари неможливо. Так само, як і у радіогалактик, дуже часто спостерігаються подвійні радіоджерела, між якими знаходиться компактний, іноді змінний, радіоджерело, що співпадає за своїми координатами з зіркоподібним оптичним об'єктом - квазаром. У дуже рідкісних випадках у найближчих квазарів близько зіркоподібно об'єкта спостерігаються дуже слабкі протяжні утворення. Від квазара 3С 273 виходить слабка струмінь - викид протяжністю близько 20 ". На такому величезному відстані цим кутовим розмірам відповідає лінійна протяжність близько 100 тисяч світлових років. Цей струмінь, крім оптичного випромінювання, випромінює також радіохвилі, так що квазар 3С 273 можна розглядати як подвійний радіоджерело. Слід зауважити, що аналогічні викиди спостерігаються також і у деяких радіогалактик. Особливо цікавий викид у однієї з найближчих до нас радіогалактик, про який мова буде йти далі.
Важливим питанням є приналежність квазарів до скупчень галактик. Довгий час не можна було вирішити питання в позитивному сенсі. Це й зрозуміло, адже квазари випромінюють в сотні разів інтенсивніше "нормальних" галактик, тому останні, перебувають у тому ж скупченні, будуть дуже слабкі, щоб вивчатися спектроскопічно. Адже критерієм приналежності до одного скупчення є однакове червоний зсув у галактик і квазарів. Тільки для небагатьох, порівняно близьких квазарів, вдалося виявити скупчення галактик, в яких вони знаходяться.
В даний час відомо і занесено до каталогів понад тисячу квазарів, що і дозволяє виконати їх статистичний аналіз. Перш за все, вдалося побудувати "функцію світимості" квазарів, тобто їх розподіл по потужності випромінювання. З неї випливає, що відносна кількість квазарів убуває у міру зростання потужності їх випромінювання. Найважливішим результатом таких статистичних досліджень з'явився висновок про те, що на більш ранніх етапах еволюції Всесвіту, коли її розміри були в 3-5 разів менше нинішніх, квазарів було набагато більше, ніж зараз. У ту віддалену епоху квазарів було майже стільки ж, скільки і "нормальних" галактик. Не можна виключити гіпотезу, що тоді всі галактики були квазарами! Цей важливий висновок, проте, потребує для свого підтвердження в нових спостереженнях.
Звертає на себе увагу та обставина, що кількість квазарів, починаючи зі значення червоного зсуву, що перевершує певний межа (відповідний збільшення довжини хвилі в 4,5 - 5 разів), різко падає. Звичайно, не можна виключити чисто інструментальну причину цього явища, проте цілком можливо, що квазари з великими червоними зсувами просто відсутні. Така відсутність природніше всього пояснити тим, що саме в цю епоху розвитку Всесвіту утворювалися шляхом конденсації газу галактики. До цього (тобто при великому червоному зсуві) ні галактик, ні квазарів просто не було. Такий висновок, звичайно, мав би дуже велике значення для проблеми еволюції Всесвіту, тому що дозволив би уточнити епоху формування галактик, а отже, і зірок. Потрібні, проте, ще нові високоякісні спостереження, щоб його підтвердити.
Вище ми вже говорили про змінності оптичного випромінювання квазарів. Як крайній прояв такої змінності слід згадати про "спалах" квазара 3С 279. В даний час він спостерігається як злегка змінна слабка зірочка 18-ї величини. Однак на старих астрономічних фотографіях довоєнного часу (тобто задовго до відкриття квазарів) цей об'єкт виявився істотно більш яскравим - майже 13 величини! Це означає, що він був яскравіше, ніж тепер, в сотню разів! Знаючи по червоному зсуву відстань 3С 279, можна знайти, що під час "спалаху" його світимість була майже в сотню разів більше, ніж у 3С 273 і в десять тисяч разів більше, ніж у нашої Галактики! І при цьому розміри випромінюючої області мізерно малі, менше світлового року. В даний час квазар 3С 279 вважається найпотужнішим "маяком" Всесвіту. Ми бачимо, що розкид значень светимостей метагалактіческіх об'єктів надзвичайно вели майже такий же, як у зірок!
Велике значення для розуміння природи квазарів мають дослідження змінності їхнього радіовипромінювання, особливо на сантиметровому діапазоні. При цьому було показано, що моменти максимуму потоку випромінювання повинні мінятися закономірним чином із зміною довжини хвилі. Так само повинен мінятися і сам характер радіоспектра (діаграма на 15 стор, де наведені результати спостережень спектрів квазарів в різні моменти часу). На підставі теорії синхротронного випромінювання можна за відомою частоті, що відповідає максимуму радіовипромінювання, і величині максимального потоку визначити кутові розміри джерел радіовипромінювання, які виявляються порядку тисячних часток секунди дуги. Знаючи (по величині червоного зсуву) відстані до квазарів, можна тепер знайти лінійні розміри пов'язаних з ними компактних радіоістоніков. Встановлено, що їх розміри менше одного світлового року, у згоді з оцінками, отриманими на основі аналізу змінності потоку.
До цих пір ми говорили тільки про радіо-та оптичному випромінюванні квазарів і радіогалактик. Між тим, в останнє десятиліття все більшого значення набуває дослідження рентгенівського випромінювання цих метагалактіческіх об'єктів. Вперше рентгенівське випромінювання від позагалактичного об'єкту було виявлено ще в 1971 р. на першому спеціалізованому рентгенівському супутнику "Ухуру", заклала основи сучасної рентгенівської астрономії. Цим об'єктом позначилася одна з найближчих радіогалактик NGC 4486. Іншим метагалактіческім рентгенівським джерелом виявилася яскрава сейфертовських галактика NGC 4151. Не підлягає сумніву, що випромінює активне ядро цієї галактики. Незабаром був виявлений слабкий потік рентгенівського випромінювання і від першого відкритого квазара 3С 273, а також від радіогалактики Лебідь-А. Новий етап у вивченні позагалактичних рентгенівських джерел настав у 1979 р., після запуску космічної лабораторії імені Ейнштейна. На цій обсерваторії чутливість приймальної рентгенівської апаратури була в 1000 разів вище, ніж на "Ухуру", при дуже гарній кутовий роздільної здатності. У результаті виявилося можливим здійснити масове визначення рентгенівського випромінювання великої кількості квазарів, а також сейфертовських галактик. Крім того, був отриманий великий спостережливий матеріал по рентгенівському випромінюванню скупчень галактик, що представляє особливий інтерес.
У 2000 році група австралійських астроном на чолі з Р. Уебстер (R. Webster; Мельбурнський університет) прийшла до вельми несподіваного висновку: серед всіх існуючих у Всесвіті квазарів близько 80% залишаються невідкритими. Як відомо, квазар - неймовірно потужний точкове джерело радіовипромінювання; за однією з гіпотез, він представляє собою віддалену активну галактику, яка отримує енергію в результаті акреції речовини на масивну чорну діру, що знаходиться в центрі квазара. Провівши спостереження декількох сот квазарів, австралійські вчені виявили, що випромінювання близько 80% з них надзвичайно сильно зрушено червону частину спектру. Астрономи ж, що працюють з оптичними приладами, шукають квазари, як правило, серед блакитних об'єктів. Якщо більшість квазарів - червоні, значить, основна їх маса нам все ще невідома. Однак у березні 1996 р. англійські астрономи С. Серджент і С. Ролінгс "заспокоїли" своїх колег, показавши, що квазари, що спостерігалися австралійськими вченими, "нетипові". Уебстер і її співробітники вважали, що "почервоніння" об'єктів, що вивчаються викликано космічним пилом, яка присутня у будь-який околоквазарной області. Проте англійські астрономи указують, що квазари, що спостерігалися австралійцями, володіють плоским, "сплющеним" радіоспектром. Іншими словами, спектральна яскравість їх випромінювання в радіодіапазоні з підвищенням частоти знижується дуже повільно. А це вважається важливою ознакою таких об'єктів. Квазари, що вивчалися групою Уебстер, сильно випромінюють на високих радіочастотах - у червоній області оптичного спектру. У такому разі спостережуване червоне випромінювання викликається не космічним пилом, а має ту ж синхротронну природу, що і радіовипромінювання квазарів: заряджені електрони випромінюють, рухаючись з релятивістської швидкістю по спіралі уздовж магнітно-силових ліній. Але при цьому збуджується лише плоский спектр червоного випромінювання, що характерне лише для невеликої групи квазарів. Таким чином, число "упущених" астрономами квазарів ніяк не може бути значним.
Астрономи нарешті побачили квазари другого типу
Припущення про існування квазарів другого типу було вперше озвучено на початку 80-х років, коли була побудована єдина модель квазарів і інших яскравих об'єктів, підживлюється енергією від масивних чорних дір.
Звичайні квазари знаходяться на відстані декількох мільярдів світлових років від Землі. Квазар другого типу, як і звичайний квазар, є дуже яскравим джерелом рентгенівського та іншого випромінювання, але на відміну від перших оточені хмарою газу і пилу, що зменшує його яскравість у видимому діапазоні довжин хвиль. Інакше кажучи, до недавнього часу побачити квазар другого типу нікому не вдавалося.
І ось днями людський погляд вперше глянув на цей астрономічний об'єкт. За заявою астрономів, ця знахідка є важливим кроком на шляху до розуміння того, як на зорі існування Всесвіту утворили чорні діри і галактики. У роботах брали участь фахівці з декількох обсерваторій з різних країн світу, в тому числі з університету Джонса Хопкінса та Південної Європейської обсерваторії. Для пошуку квазара другого типу були використані рентгенівський космічний телескоп "Chandra" і наземний Великий Телескоп Very Large Telescope (VLT) з Південної Європейської обсерваторії в Чилі. Знайдений квазар другого типу розташований у південному сузір'ї Піч на відстані 9 мільярдів світлових років від Землі.
Нещодавно фахівці вважали, що радіогалактики влаштовані інакше, ніж "квазарние". Однак, після того як виявили в центрі радіогалактики Лебідь А, розташованої в 750 млн. св. років від нас, крихітний джерело інфрачервоного випромінювання, що співпадає з радіоджерел, думка кардинально змінилося щодо влаштування всіх галактик. Інфрачервоний джерело схожий на квазар, але він дивно слабкий і невидимий в оптичній області.
Відомо, що яскравість квазара в інфрачервоних променях пропорційна його інтенсивності в рентгенівському діапазоні. Галактика Лебідь А - потужне джерело рентгенівського випромінювання.
Відповідний йому але інтенсивності квазар мав би випромінювати в інфрачервоному діапазоні в 200 разів сильніше, ніж спостерігається. Такий квазар можна було б легко спостерігати в оптичному діапазоні.
Надалі, учені прийшли до висновку, що в центрі радіогалактики Лебідь А розташований саме квазар, проте, він екранується тороїдальним хмарою газу і космічного пилу ("бубликом").
Встановлено, що інфрачервоне джерело в центрі Лебедя А лежить за щільною водневим хмарою. Очевидно, воно і є частина того ж "бублика" з діаметром близько 10 св. років, який був раніше виявлений. Із Землі "бублик" видний з торця, тому випромінювання, що йде до нас з центру галактики, повинне пройти крізь досить щільне скупчення матерії. Згідно зі спостереженнями астрономів, скупчення пропускає не більше 1 / 200 всього інфрачервоного випромінювання, що надходить з знаходиться всередині нього об'єкта. Якби не ця обставина, квазар, що лежить в центрі Лебедя А, виглядав би в 10 разів яскравіше, ніж навколишня його галактика. Цей квазар - рядовий серед подібних об'єктів, але він, мабуть, найближча до нас. Наступний за ним по відстані квазар ЗС 273 володіє в 30 разів більшою світністю.
Відкриття підтверджує було до цих пір суто теоретичним твердження, згідно з яким всі активні галактики влаштовані в основному однаково, але при спостереженні з Землі вони можуть виглядати різно - залежно від своєї орієнтації щодо нас.
Список використаної літератури
Кратні квазари
Особливу увагу астрофізиків і фізиків привернули кратні (подвійні, потрійні) квазари: подвійний квазар в сузір'ї Великої Ведмедиці (1978), потрійний квазар в сузір'ї Лева (1980) і такий же квазар в сузір'ї Риб (1981). Кожен з об'єктів представляв собою квазарів-близнюків, розташованих один від одного на відстані декількох кутових секунд, що мають дуже схожі спектри і червоні зсуви. Однак, цілком ймовірно, перераховані квазари не є "істинні" кратні квазари, а лише зображення відповідного джерела. Розщеплення одного зображення на декілька відбувається під дією гравітаційного поля масивної галактики, що опинилася на шляху між квазаром і нами. Промені світла від квазарів можуть викривлятися під дією гравітації галактик, що грають роль джерел гравітаційної фокусування. Такі гравітаційні лінзи можуть спотворювати форми далеких галактик, що, на думку деяких вчених, відкриває нові можливості дослідження великомасштабних неоднорідностей в розподілі речовини у Всесвіті.
Не виключено, що ефект гравітаційної лінзи в деяких випадках створюють не далекі галактики, а масивні чорні діри. Індійські астрофізики Г. Падманабхан і С. Чітре звернули увагу на випадки, коли видно подвоєне зображення квазара, а галактики, що викликала це явище, поблизу не виявлено. От і з'явилася гіпотеза про те, що ефект створюють практично точкові чорні діри з масою, в мільйон разів перевершує масу Сонця. Так як до цих пір ніде жодна чорна діра не виявлено, то поки що важко сказати, наскільки близька до істини така гіпотеза.
Питання про те, чи існують в природі "істинні" подвійні квазари, залишається предметом досліджень та дискусій.
Радіоструктура квазарів
Радіоструктура квазарів багато в чому нагадує радіогалактики, так що звичайно по одній лише цій структурі відрізнити квазари неможливо. Так само, як і у радіогалактик, дуже часто спостерігаються подвійні радіоджерела, між якими знаходиться компактний, іноді змінний, радіоджерело, що співпадає за своїми координатами з зіркоподібним оптичним об'єктом - квазаром. У дуже рідкісних випадках у найближчих квазарів близько зіркоподібно об'єкта спостерігаються дуже слабкі протяжні утворення. Від квазара 3С 273 виходить слабка струмінь - викид протяжністю близько 20 ". На такому величезному відстані цим кутовим розмірам відповідає лінійна протяжність близько 100 тисяч світлових років. Цей струмінь, крім оптичного випромінювання, випромінює також радіохвилі, так що квазар 3С 273 можна розглядати як подвійний радіоджерело. Слід зауважити, що аналогічні викиди спостерігаються також і у деяких радіогалактик. Особливо цікавий викид у однієї з найближчих до нас радіогалактик, про який мова буде йти далі.
Важливим питанням є приналежність квазарів до скупчень галактик. Довгий час не можна було вирішити питання в позитивному сенсі. Це й зрозуміло, адже квазари випромінюють в сотні разів інтенсивніше "нормальних" галактик, тому останні, перебувають у тому ж скупченні, будуть дуже слабкі, щоб вивчатися спектроскопічно. Адже критерієм приналежності до одного скупчення є однакове червоний зсув у галактик і квазарів. Тільки для небагатьох, порівняно близьких квазарів, вдалося виявити скупчення галактик, в яких вони знаходяться.
В даний час відомо і занесено до каталогів понад тисячу квазарів, що і дозволяє виконати їх статистичний аналіз. Перш за все, вдалося побудувати "функцію світимості" квазарів, тобто їх розподіл по потужності випромінювання. З неї випливає, що відносна кількість квазарів убуває у міру зростання потужності їх випромінювання. Найважливішим результатом таких статистичних досліджень з'явився висновок про те, що на більш ранніх етапах еволюції Всесвіту, коли її розміри були в 3-5 разів менше нинішніх, квазарів було набагато більше, ніж зараз. У ту віддалену епоху квазарів було майже стільки ж, скільки і "нормальних" галактик. Не можна виключити гіпотезу, що тоді всі галактики були квазарами! Цей важливий висновок, проте, потребує для свого підтвердження в нових спостереженнях.
Звертає на себе увагу та обставина, що кількість квазарів, починаючи зі значення червоного зсуву, що перевершує певний межа (відповідний збільшення довжини хвилі в 4,5 - 5 разів), різко падає. Звичайно, не можна виключити чисто інструментальну причину цього явища, проте цілком можливо, що квазари з великими червоними зсувами просто відсутні. Така відсутність природніше всього пояснити тим, що саме в цю епоху розвитку Всесвіту утворювалися шляхом конденсації газу галактики. До цього (тобто при великому червоному зсуві) ні галактик, ні квазарів просто не було. Такий висновок, звичайно, мав би дуже велике значення для проблеми еволюції Всесвіту, тому що дозволив би уточнити епоху формування галактик, а отже, і зірок. Потрібні, проте, ще нові високоякісні спостереження, щоб його підтвердити.
Вище ми вже говорили про змінності оптичного випромінювання квазарів. Як крайній прояв такої змінності слід згадати про "спалах" квазара 3С 279. В даний час він спостерігається як злегка змінна слабка зірочка 18-ї величини. Однак на старих астрономічних фотографіях довоєнного часу (тобто задовго до відкриття квазарів) цей об'єкт виявився істотно більш яскравим - майже 13 величини! Це означає, що він був яскравіше, ніж тепер, в сотню разів! Знаючи по червоному зсуву відстань 3С 279, можна знайти, що під час "спалаху" його світимість була майже в сотню разів більше, ніж у 3С 273 і в десять тисяч разів більше, ніж у нашої Галактики! І при цьому розміри випромінюючої області мізерно малі, менше світлового року. В даний час квазар 3С 279 вважається найпотужнішим "маяком" Всесвіту. Ми бачимо, що розкид значень светимостей метагалактіческіх об'єктів надзвичайно вели майже такий же, як у зірок!
Велике значення для розуміння природи квазарів мають дослідження змінності їхнього радіовипромінювання, особливо на сантиметровому діапазоні. При цьому було показано, що моменти максимуму потоку випромінювання повинні мінятися закономірним чином із зміною довжини хвилі. Так само повинен мінятися і сам характер радіоспектра (діаграма на 15 стор, де наведені результати спостережень спектрів квазарів в різні моменти часу). На підставі теорії синхротронного випромінювання можна за відомою частоті, що відповідає максимуму радіовипромінювання, і величині максимального потоку визначити кутові розміри джерел радіовипромінювання, які виявляються порядку тисячних часток секунди дуги. Знаючи (по величині червоного зсуву) відстані до квазарів, можна тепер знайти лінійні розміри пов'язаних з ними компактних радіоістоніков. Встановлено, що їх розміри менше одного світлового року, у згоді з оцінками, отриманими на основі аналізу змінності потоку.
До цих пір ми говорили тільки про радіо-та оптичному випромінюванні квазарів і радіогалактик. Між тим, в останнє десятиліття все більшого значення набуває дослідження рентгенівського випромінювання цих метагалактіческіх об'єктів. Вперше рентгенівське випромінювання від позагалактичного об'єкту було виявлено ще в 1971 р. на першому спеціалізованому рентгенівському супутнику "Ухуру", заклала основи сучасної рентгенівської астрономії. Цим об'єктом позначилася одна з найближчих радіогалактик NGC 4486. Іншим метагалактіческім рентгенівським джерелом виявилася яскрава сейфертовських галактика NGC 4151. Не підлягає сумніву, що випромінює активне ядро цієї галактики. Незабаром був виявлений слабкий потік рентгенівського випромінювання і від першого відкритого квазара 3С 273, а також від радіогалактики Лебідь-А. Новий етап у вивченні позагалактичних рентгенівських джерел настав у 1979 р., після запуску космічної лабораторії імені Ейнштейна. На цій обсерваторії чутливість приймальної рентгенівської апаратури була в 1000 разів вище, ніж на "Ухуру", при дуже гарній кутовий роздільної здатності. У результаті виявилося можливим здійснити масове визначення рентгенівського випромінювання великої кількості квазарів, а також сейфертовських галактик. Крім того, був отриманий великий спостережливий матеріал по рентгенівському випромінюванню скупчень галактик, що представляє особливий інтерес.
Всього було досліджено рентгенівське випромінювання більш ніж 100 квазарів і великої кількості сейфертовських галактик і скупчень. Практично всі квазари є джерелами рентгенівського випромінювання, потужність якого змінюється в широких межах, від сотих часток повного випромінювання нашої Галактики до значень, в тисячу разів переважаючих повну потужність Галактики. Як правило, рентгенівське випромінювання квазарів змінно; це вказує (як у випадку радіовипромінювання), що воно виникає в малій області. Наявність потужного рентгенівського випромінювання квазарів і активних ядер галактик свідчить про що відбуваються там грандіозних процесах, пов'язаних з нагріванням газу до температури близько сотні мільйонів градусів. Мабуть, частину рентгенівського випромінювання не пов'язана з гарячою плазмою, а створюється релятивістськими електронами, що взаємодіють з полем випромінювання великої густини (явище Комптона). В даний час, комбінуючи тільки рентгенівські і оптичні спостереження, вдалося відкрити ряд нових квазарів. Це наочно демонструє, що "проникаюча" здатність рентгенівської астрономії може бути навіть вище, ніж у радіоастрономії.
Знайшлися''зниклі''квазариУ 2000 році група австралійських астроном на чолі з Р. Уебстер (R. Webster; Мельбурнський університет) прийшла до вельми несподіваного висновку: серед всіх існуючих у Всесвіті квазарів близько 80% залишаються невідкритими. Як відомо, квазар - неймовірно потужний точкове джерело радіовипромінювання; за однією з гіпотез, він представляє собою віддалену активну галактику, яка отримує енергію в результаті акреції речовини на масивну чорну діру, що знаходиться в центрі квазара. Провівши спостереження декількох сот квазарів, австралійські вчені виявили, що випромінювання близько 80% з них надзвичайно сильно зрушено червону частину спектру. Астрономи ж, що працюють з оптичними приладами, шукають квазари, як правило, серед блакитних об'єктів. Якщо більшість квазарів - червоні, значить, основна їх маса нам все ще невідома. Однак у березні 1996 р. англійські астрономи С. Серджент і С. Ролінгс "заспокоїли" своїх колег, показавши, що квазари, що спостерігалися австралійськими вченими, "нетипові". Уебстер і її співробітники вважали, що "почервоніння" об'єктів, що вивчаються викликано космічним пилом, яка присутня у будь-який околоквазарной області. Проте англійські астрономи указують, що квазари, що спостерігалися австралійцями, володіють плоским, "сплющеним" радіоспектром. Іншими словами, спектральна яскравість їх випромінювання в радіодіапазоні з підвищенням частоти знижується дуже повільно. А це вважається важливою ознакою таких об'єктів. Квазари, що вивчалися групою Уебстер, сильно випромінюють на високих радіочастотах - у червоній області оптичного спектру. У такому разі спостережуване червоне випромінювання викликається не космічним пилом, а має ту ж синхротронну природу, що і радіовипромінювання квазарів: заряджені електрони випромінюють, рухаючись з релятивістської швидкістю по спіралі уздовж магнітно-силових ліній. Але при цьому збуджується лише плоский спектр червоного випромінювання, що характерне лише для невеликої групи квазарів. Таким чином, число "упущених" астрономами квазарів ніяк не може бути значним.
Астрономи нарешті побачили квазари другого типу
Припущення про існування квазарів другого типу було вперше озвучено на початку 80-х років, коли була побудована єдина модель квазарів і інших яскравих об'єктів, підживлюється енергією від масивних чорних дір. Звичайні квазари знаходяться на відстані декількох мільярдів світлових років від Землі. Квазар другого типу, як і звичайний квазар, є дуже яскравим джерелом рентгенівського та іншого випромінювання, але на відміну від перших оточені хмарою газу і пилу, що зменшує його яскравість у видимому діапазоні довжин хвиль. Інакше кажучи, до недавнього часу побачити квазар другого типу нікому не вдавалося.
І ось днями людський погляд вперше глянув на цей астрономічний об'єкт. За заявою астрономів, ця знахідка є важливим кроком на шляху до розуміння того, як на зорі існування Всесвіту утворили чорні діри і галактики. У роботах брали участь фахівці з декількох обсерваторій з різних країн світу, в тому числі з університету Джонса Хопкінса та Південної Європейської обсерваторії. Для пошуку квазара другого типу були використані рентгенівський космічний телескоп "Chandra" і наземний Великий Телескоп Very Large Telescope (VLT) з Південної Європейської обсерваторії в Чилі. Знайдений квазар другого типу розташований у південному сузір'ї Піч на відстані 9 мільярдів світлових років від Землі.
У кожній галактиці квазар в центрі
Квазари - це яскраві джерела випромінювання в оптичній і інших частинах спектра. Зазвичай вони знаходяться в центрі будь-якої галактики. Серед астрофізиків поширена думка, що квазар є порівняно невеликий гарячий газовий диск, що оточує чорну діру, маса якої може складати 11 жовтня мас Сонця.Нещодавно фахівці вважали, що радіогалактики влаштовані інакше, ніж "квазарние". Однак, після того як виявили в центрі радіогалактики Лебідь А, розташованої в 750 млн. св. років від нас, крихітний джерело інфрачервоного випромінювання, що співпадає з радіоджерел, думка кардинально змінилося щодо влаштування всіх галактик. Інфрачервоний джерело схожий на квазар, але він дивно слабкий і невидимий в оптичній області.
Відомо, що яскравість квазара в інфрачервоних променях пропорційна його інтенсивності в рентгенівському діапазоні. Галактика Лебідь А - потужне джерело рентгенівського випромінювання.
Відповідний йому але інтенсивності квазар мав би випромінювати в інфрачервоному діапазоні в 200 разів сильніше, ніж спостерігається. Такий квазар можна було б легко спостерігати в оптичному діапазоні.
Надалі, учені прийшли до висновку, що в центрі радіогалактики Лебідь А розташований саме квазар, проте, він екранується тороїдальним хмарою газу і космічного пилу ("бубликом").
Встановлено, що інфрачервоне джерело в центрі Лебедя А лежить за щільною водневим хмарою. Очевидно, воно і є частина того ж "бублика" з діаметром близько 10 св. років, який був раніше виявлений. Із Землі "бублик" видний з торця, тому випромінювання, що йде до нас з центру галактики, повинне пройти крізь досить щільне скупчення матерії. Згідно зі спостереженнями астрономів, скупчення пропускає не більше 1 / 200 всього інфрачервоного випромінювання, що надходить з знаходиться всередині нього об'єкта. Якби не ця обставина, квазар, що лежить в центрі Лебедя А, виглядав би в 10 разів яскравіше, ніж навколишня його галактика. Цей квазар - рядовий серед подібних об'єктів, але він, мабуть, найближча до нас. Наступний за ним по відстані квазар ЗС 273 володіє в 30 разів більшою світністю.
Відкриття підтверджує було до цих пір суто теоретичним твердження, згідно з яким всі активні галактики влаштовані в основному однаково, але при спостереженні з Землі вони можуть виглядати різно - залежно від своєї орієнтації щодо нас.
Список використаної літератури
- Арзуманян "Небо. Зірки. Всесвіт "Москва. 1987
- Воронцов Б.А. "Нариси про Всесвіт" Москва. 1976
- Зігель Ф.Ю. "Скарби зоряного неба" Москва. 1976
- Климишин І.А. "Астрономія наших днів" Москва. 1980
- Агекян Т.А. "Зірки. Галактики. Метагалактика "Москва. 1982р.
- Чіхевскій А.А. "Земне відлуння сонячних бур" Москва. 1976р