Квазары и радиогалактики

1
173
views

Прежде всего необходимо установить, являются ли квазары самостоятельными, обособленными объектами или они связаны с процессами, протекающими в так называемых галактических ядрах, т. е. центральных сгу­щениях вещества, имеющихся в целом ряде звездных островов Вселенной. Чтобы решить эту задачу, нужно самым тщательнейшим образом проанализировать су­ществующие в настоящее время данные астрономиче­ских и радиоастрономических наблюдении с тем, чтобы постараться выяснить физическую сущность процессов, происходящих в квазизвездных объектах.

КвазарНе так давно было обнаружено, что один из первых открытых астрономами квазаров, ЗС 273, обладает до­вольно сильным инфракрасным излучением. Согласно подсчетам Шкловского мощность этого излучения при­мерно в 100 раз превосходит мощность светового излу­чения ЗС 273. Анализируя данные наблюдении, ученый пришел к выводу, что источник инфракрасного излуче­ния совпадает с оптическим ядром квазара. Это наво­дит на мысль, что инфракрасное и оптическое излучения ЗС273 имеют общую природу.

Как уже упоминалось выше, мощность, которая ге­нерируется у ЗС 273 в инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах, чрезвычайно велика, а размеры цент­рального ядра весьма незначительны. Но это означает’, что исключительно велика и плотность излучения. При такой плотности должно иметь место особое явление, называемое обратным эффектом Комптона. Оно состоит в том, что фотоны невидимых электромагнитных излуче­ний, взаимодействуя с электронами, движущимися со скоростями, близкими к скорости света (релятивистские электроны), рассеиваются с изменением длины волны. В результате получается электромагнитное излучение в Оптическом диапазоне. Таким образом, согласно выво­дам Шкловского инфракрасное и оптическое излучения квазара ЗС 273 тесно связаны между собой.

Подобное заключение позволяет сделать одно любо­пытное предсказание. Дело в том, что согласно наблю­дениям оптическое излучение ЗС273 носит переменный характер. Но если оптическое излучение порождается более длинноволновым, невидимым инфракрасным излучением, то это последнее, очевидно, также должно пить переменным. Дальнейшие наблюдения покажут, справедливо ли подобное предсказание.

Анализ электромагнитного излучения квазаров по­зволяет установить явную аналогию между этими уди­вительными объектами и ядрами галактик, находящихся в активном состоянии — так называемых сейфертовских галактик. Ядра таких галактик имеют весьма малые размеры, сравнимые с размерами квазизвездных объ­ектов, и подобно им обладают чрезвычайно мощным электромагнитным излучением. Правда, это излучение плавным образом сосредоточено в инфракрасном диапа­зоне, но точно такое, же явление, как мы уже видели, наблюдается и у типичного квазара ЗС 273. Это дает все основания предполагать, что в ядрах сейфертовских га­лактик, например, галактики N00 1275, находятся «не­видимые квазары».

Астрономические наблюдения показывают, что ядра сейфертовских галактик содержат большое количество возбужденного и ионизованного газа, т. е. такого газа, частицы которого потеряли часть своих электронов и приобрели благодаря этому электрический заряд. Но какова причина подобной ионизации, что ее вызывает? Эта проблема, весьма важная для понимания физиче­ских явлений, происходящих в радиогалактиках, до недавнего времени была довольно далека от своего решения. Однако наличие квазаров в ядрах сейфер­товских галактик проливает определенный свет на этот вопрос.

Как мы уже знаем, благодаря высокой плотности из­лучения квазаров в них действует обратный комптон-эффект. Подсчеты, проведенные Шкловским для галак­тики N00 1275, показывают, что в результате рассеяния инфракрасных и субмиллиметровых фотонов здесь дол­жно возникать весьма мощное рентгеновское излучение. Этого жесткого излучения вполне достаточно для иони­зации газов в ядре любой сейфертовской галактики. Можно предполагать, что аналогичные явления должны иметь место также и в ядрах других сейфертовских га­лактик, например N00 1068, N00 7469 и N00 3227. В связи с этим, по мнению Шкловского, было бы инте­ресно попытаться обнаружить излучение их ядер в диа­пазоне 8 и 4 мм.

Всесторонний анализ материалов, имеющихся в рас­поряжении современной оптической и радиоастрономии, по мнению Шкловского, позволяет сделать вывод, что квазары и ядра сейфертовских галактик представляют собой сходное явление. Во всяком случае, физическая природа этих объектов одинакова, а отличия сводятся к масштабам происходящих процессов. Не исключена также возможность, что эти объекты находятся в раз­ных фазах своей эволюции.

Какова же физическая сущность активности галак­тических ядер? Вероятно, в таких ядрах происходят взрывы, которые сопровождаются сильными выбросами больших газовых масс. Мощность подобного взрыва для различных галактик может изменяться в довольно широких пределах. Но, видимо, явление, о кото­ром идет речь, должно происходить в любой галактике па определенной стадии ее эволюции. В частности, вполне возможно, что в свое время паша Галактика, так же как и другие подобные ей гигантские спиральные звездные острова, переживала стадию активности ядра и относилась, таким образом, к классу сейфертовских галактик.

О явном сходстве квазаров с явлениями, происходя­щими в ядрах некоторых галактик, говорят и резуль­таты исследований бюраканского астронома Б. Е. Маркаряна. Еще в 1963 г. он опубликовал интересную ра­боту, посвященную изучению особого класса галактик. Эти звездные системы обладают ядрами, которые зна­чительно голубее, чем ядра большинства других галак­тик, имеющих такую лее форму.

Маркарян пришел к выводу, что голубые ядра ис­следованных им галактик отличаются также аномально сильным излучением в ультрафиолетовой части спектра.

Чем же можно объяснить необычные характер излу­чения и цвет центральных областей таких галактик? Па этот вопрос может быть два ответа: либо эти звездные системы обладают необычным звездным составом либо в их ядрах происходят необычные процессы. Очевидно, и в том и в другом случаях подобные звездные системы заслуживают особенно пристального внимания.

В первой работе Маркаряна было исследовано 40 ано­мальных галактик. Однако чтобы получить возможность сделать какие-либо выводы, следовало не только рас­ширить этот список, но попытаться выяснить, нет ли по­добных галактик в отдаленных областях пространства.

С этой целью в Бюраканской обсерватории был начат систематический обзор неба с помощью метрового рефлектора, снабженного специальными призмами для изучения спектров слабых космических объектов. Пер­вая серия наблюдения охватила области созвездий Большой Медведицы и Жирафа и район северного по­люса нашей Галактики. В результате помимо аномаль­ных «ультрафиолетовых» галактик, входивших в преж­ний список, было обнаружено еще 70 объектов подобного типа. И вообще, статистические подсчеты показывают, чю галактики с необычным ультрафиолетовым излуче­нием составляют, по-видимому, не менее 5% от общего числа всех галактик.

Любопытно, что у многих «ультрафиолетовых» галак­тик наблюдаются слабые оболочки или короны, отростки или небольшие хвосты, а иногда и слабые голубые спутники. Подобные придатки, видимо, могли возник­нуть в результате выброса вещества из ядер таких звездных систем. Это говорит о том, что значительная часть «ультрафиолетовых» галактик в настоящее время переживает последующую за выбросом эпоху, как го­ворят астрономы, послеэруптивную стадию.

Наибольший интерес представляет вопрос о проис­хождении аномального ультрафиолетового излучения. Хотя окончательный ответ на него может быть получен лишь в результате всестороннего тщательного изучения необычных звездных систем, уже и на основании имею­щихся данных можно сделать некоторые предваритель­ные выводы.

РадиогалактикаОказалось, что все «ультрафиолетовые» галактики по характеру их спектров можно разделить на две группы. У галактик одной группы спектры похожи на спектры некоторых звезд и квазаров, у галактик дру­гой — на спектры ярких ассоциаций. Анализ спектров показывает, что ультрафиолетовое излучение ядер галактик второй группы может иметь чисто звездное происхождение.

Что же касается ядер первой группы, то их излуче­ние также в какой-то степени напоминает комбинацию излучения звезд определенных типов, а именно, го­лубых  и   красных   гигантов.  Однако   весьма  трудно предположить, что такие образования, как галактические ядра, могут состоять из этих двух типов звезд, представляющих противоположные этапы звездной эво­люции.

В связи с этим Б. Е. Маркарян пришел к заключе­нию, что ультрафиолетовое излучение ядер этого типа имеет незвездное происхождение. Другими словами, подтверждается гипотеза академика Амбарцумяна о на­личии в ядрах некоторых галактик активных тел незвездной природы.

Подобный вывод хорошо согласуется с результатами радионаблюдений галактик Маркаряна, которые были проведены бюраканским астрономом Г. Товмасяном с помощью больших австралийских телескопов. Удалось установить два весьма любопытных факта. Во-первых, оказалось, что радиоизлучение ультрафиолетовых га­лактик заметно превосходит радиоизлучение обычных звездных островов. Во-вторых, что это радиоизлучение исходит главным образом из их центральных областей.

Но из центральных областей галактик Маркаряна исходит и необычное ультрафиолетовое излучение. Это дает основание предполагать, что и то и другое излуче­ния непосредственно связаны с какими-то процессами, протекающими внутри ядер.

Видимо, такие процессы представляют собой одну из форм активной деятельности ядер, характерную для определенной стадии эволюции галактик, форму внешне менее заметную, но более распространенную, чем взры­вы, выбросы и деление ядер. Возможно, что именно эта форма деятельности приводит к образованию в галактиках спиральных рукавов.

В свете полученных данных особенно большой инте­рес приобретает сходство излучения ядер галактик Мар­каряна с излучением квазаров. Кстати сказать, объек­ты, о которых идет речь, обладают и другими сходными признаками: высокой светимостью, большими массами, способностью создавать вокруг себя обширные газовые облака, а также облака частиц высокой энергии, кото­рые  являются  источниками   мощного  радиоизлучения.

Исследования Б. Маркаряна были продолжены дру­гим бюраканским астрономом Э. Хачикяном, который совместно с американскими астрономами тщательно проанализировал спектры 35 «галактик Маркаряна». Среди них галактик оказались две сейфертовские, причем бо­лее яркие, чем все остальные галактики этого типа, из­вестные до сих нор. Ядро одной из них обладает почти такой же яркостью, как квазары. Кроме того, среди всех еейфертовских галактик «галактики Хачикяна» отлича­ются и самыми большими красными смешениями.

Активные процессы, происходящие в ядрах сейфер­товских галактик, согласно точке зрения, развиваемой сюраканскими астрономами, указывают на молодость стих космических объектов. Квазары, видимо, еще более молоды.

Таким образом, есть все основания предполагать, что галактики Хачикяна» по своим физическим свойствам являются промежуточным эволюционным звеном между квазизвездными источниками радиоизлучения и обыч­ными сейфертовскими галактиками. Чрезвычайно интересные радионаблюдения квазаров были проведены в последние годы. До недавнего времени радиотелескопы по своей разрешающей спо­собности значительно уступали оптическим инстру­ментам.

Так, например, при оптических наблюдениях Солнца разрешающая способность достигала долей секунды дуги, в то время как даже самые крупные радиотеле­скопы давали в лучшем случае доли минуты. Чтобы преодолеть это затруднение, радиофизики пошли по пути создания так называемых радиоинтерферометров, т. е. системы радиотелескопов, разнесенных на некоторое расстояние.

Важный шаг в этом направлении сделали английские ученые. Они построили интерферометр с базой в не­сколько сотен километров. Телескопы были связаны спе­циальным кабелем и их одновременные показания не­посредственно сопоставлялись с помощью телевизион­ных устройств. Затем был осуществлен следующий шаг: создан интерферометр с гигантской базой около 8 тыс. километров. Один из радиотелескопов находился, в Анталии, а другой в США в Калифорнии. При таком рас­стоянии прямая связь по кабелю оказалась невозмож­ной. Поэтому каждая обсерватория в условленное время наблюдала определенный объект самостоятельно. Ре­зультаты    измерений   фиксировались   на   магнитной пленке вместе с сигналами точного времени. Затем производилась совместная обработка обеих записей.

Наблюдения показали, что многие квазары обладают весьма малыми угловыми размерами, меньшими 0,5 се­кунды дуги. А у некоторых угловые размеры предпо­ложительно составляют около 0,1 секунды дуги. Эти данные подтверждают точку зрения, согласно которой квазары не являются галактиками, а представляют со­бой сравнительно небольшие образования, напоминаю­щие ядра галактик, находящихся в особо возбужденном состоянии.

Мы уже говорили о том, что многие гипотезы свя­зывают образование квазаров с концентрацией межга­лактического газа. Однако Шкловский считает, что по­добная возможность совершенно исключена. Дело в том, что химический состав оболочек квазаров существенно отличается от химического состава межгалактической среды. Эта среда бедна тяжелыми элементами, а в обо­лочках квазаров они присутствуют. Такой вывод под­тверждается, в частности, наличием квазара 1! ядре уже упоминавшейся галактики N00 1275. Галактика, о ко­торой идет речь, заведомо относится к числу весь­ма «старых» объектов сформировавшихся в отдален­ные времена. Квазар здесь намного моложе самой га­лактики. Таким образом, возникновение квазизвездных объ­ектов, существование радиогалактик и процессы, про­исходящие в сейфертовских галактиках, по мнению Шкловского, представляют собой проявления различ­ной степени активности галактических ядер. Это обстоя­тельство еще раз подтверждает, что проблема галакти­ческих ядер становится в настоящее время одним из центральных вопросов изучения Вселенной.

В самое последнее время излучение спектров кваза­ров привело И. С. Шкловского и его сотрудников к весьма интересному выводу о том, что расширение Ме­тагалактики происходило не непрерывно, а с «останов­кой» приблизительно на 50 млрд. лет. В таком случае, по расчетам Н. С. Кардашева, возраст нашей области Вселенной составляет не 10 млрд. лет, как считалось раньше, а около 70 млрд. лет. Если подобные предпо­ложения оправдаются, это приведет к радикальному из­менению многих представлений о Вселенной.

1 КОММЕНТАРИЙ

  1. Выделение радиогалактик в особый класс условно, так как все галактики излучают в радиодиапазоне, но с разной мощностью. С другой стороны, многие квазары , являющиеся радиоисточниками, также представляют собой звёздные системы и могут называться радиогалактиками. Радиогалактики и квазары очень похожи по многим параметрам. Например, по радиоизображениям практически невозможно сказать, к какому из этих двух классов объектов принадлежит.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here