Квазары

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Астрономия и космонавтика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Введение

В 1960 году было определенно точное положения одного мощного радиоисточника, а также измерен его угловой размер, оказавшийся меньше секунды дуги. С положением этой «радиозвезды» на фотографиях неба совпала слабая голубая звёздочка. Но свойства этой звезды оказались весьма странными. Астрономы Дж. Л. Гринстеин и А. Сэндидж не могли отождествить линии поглощения в ее спектре. Однако вскоре проблема была решена: красное смещение в спектре этого космического источника оказалось таким большим, что все линии располагались не на своих местах. Это указывало, что объект удаляется от нас со скоростью, сравнимой со скоростью света.

Вскоре после открытия этой «радиозвезды» было найдено ещё несколько похожих объектов, и у всех наблюдалось огромное красное смещение линий в спектре. Из-за сходства со звёздами и сильного радиоизлучения их назвали квазарами (от guasi-stellarradiosource- звёздообразный радиоисточник).

Квазар -- особо мощное и далёкое активное ядро галактики. Квазары являются одними из самых ярких объектов во Вселенной -- их мощность излучения иногда в десятки и сотни раз превышает суммарную мощность всех звёзд таких галактик, как наша.

Наблюдения квазаров

После обнаружения первых квазаров были открыты и многие другие. Изображения некоторых квазаров обнаружились и на полученных ранее фотографиях неба, но их принимали за обычные звёзды. В одном случае когда проверили несколько фотографий, полученных в течении десяти лет, было обнаружено, что наблюдаются сильные изменения блеска с характерным временем несколько месяцев. Это говорило о том, что диаметр квазара не превышает долей светового года. Однако если его красное смещение верно указывает расстояние от нас, то мощность его излучения должна быть гораздо больше мощности излучения нормальной галактики. Квазары оказались чрезвычайно мощными и очень концентрированными источниками энергий.

При наблюдении на радиотелескопах с высоким угловым разрешением, в некоторых случаях достигающим 1 секунды дуги, некоторые квазары всё равно видны как точечные источники. Такое бывает и с ядрами некоторых радиогалактик. В оптическом диапазоне многие квазары тоже были похожи на точечные источники излучения и поэтому напоминали звёзды, пока высочайшее разрешение и огромное увеличение космического телескопа «Хаббл» не справилось с сними. Тогда у квазаров стало заметно светящееся вещество вокруг центрального яркого ядра.

Некоторые квазары удаётся разделить на компоненты с помощью радиотелескопов, но для этого требуется несколько антенн, разделённых базой в сотни и даже тысячи километров. Установленные в разных местах Земли антенны соединяются между собой через систему спутниковой связи, а их наблюдательные данные объединяются компьютерной программой. Это даёт значительно большую разрешающую способность, чем у каждой из антенн в отдельности. Угловое разрешение такой системы составляет менее 0,001 секунды дуги. С такими возможностями прибора можно детально изучать радиогалактики и квазары.

Мерцания

Существует и другой метод определения углового размера объекта, излучающего в радиодиапазоне: нужно измерить флуктуаций интенсивности, то есть — мерцания, возникающее, когда радиоволны проходят сквозь ионизированные и турбулентные космические облака.

Каждый из нас замечал мерцание звёзд, тогда как у планет мерцания практически отсутствуют. Причиной этого различия является угловой диаметр планет, который гораздо больше углового размера любой звезды. Даже в маленький телескоп у планеты виден диск, а звёзды даже при максимальном увеличений выглядят светлыми точками. Наша атмосфера не однородна; в ней постоянно происходят турбулентные движения, подобные тем конвективным потокам воздуха, которые тёплым летним вечером поднимаются над нагретой за день землёй. Эта конвекция как раз и вызывает мерцание звёзд из-за того, что лучи их света преломляются то сильнее, то слабее, проходя через области атмосферы с разной плотностью. Заряжённые субатомными частицы солнечного ветра, разлетаясь отСолнца, оказывают такое же влияние на радиоволны, приходящие из космоса. Не столько Солнце, но и другие звёзды «дуют» своим «ветром», превращая межзвёздное пространство в будущий океан заряженных субатомных частиц. Поэтому далёкие радиоисточники малого углового размера мерцает.

При наблюдении квазаров радиотелескопом с одиночной антенной (чтобы избежать эффекта разнесённости, усредняющего интенсивность радио сигналов, приходящие в разные точки), тщательно фиксируя интенсивность волн, принимаемых антенной, можно довольно точно определить угловойразмер радиоисточника. Квазары всегда выглядят как маленькие радиоисточники диаметром не более нескольких световых лет. Галактики же, напротив, имеют диаметр во многие тысячи световых лет. Другие наблюдаемые особенности квазаров, такие форма спектральных линий, тоже приводят астрономов к выводу, что квазары значительно меньше галактик, хотя они и излучают фантастическое количество энергий.

Далеко ли они?

Размеры квазаров и мощность из излучения определяются при помощи закона Хаббла, дающего зависимость между красным смещением и расстоянием. Все квазары показывают большое красное смещение линий излучения. Именно это заставляет большинство астрономов считать, что квазары удалены от нас на миллиарды световых лет.

Но предположим, что природа красного смещения истолкована неверно. Можно ли предположить, что квазары в действительности являются небольшими локальными объектами, например, выброшенными из ядра нашей Галактики с огромными скоростями? Это очень интересная теория, но в неё верят не многие. Если квазары выбрасываются из нашей Галактики, то можно предположить, что они выбрасываются и из других галактик. В таком случае мы бы увидели, как квазары, выброшенные из других галактик, приближаются к нам. У них было бы голубое доплеровское смещение. Но до сих пор не найдено ни одного квазара с голубым смещением.

Была предпринята и другая попытка проверить «локальную» гипотезу квазаров. Альберт Эйнштейн, разрабатывая свою общую теорию относительности, предсказал, что мощное гравитационное поле может вызвать красное смещение линий в спектре, испущенного источником гравитаций. Этот эффект действительно был замечен иизмерен, поэтому учёные уверены, что теория Эйнштейна верна. Можно ли красное смещение спектральных линий объяснить релятивистским эффектом гравитаций? Сверхплотный объект с мощным тяготением вблизи своей поверхности может вызвать сильное красное смещение. Пока эта идея не отвергнута. Но даже если этот эффект обнаружится, у нас не будет полной уверенности в локальной природе квазаров.

Недавние наблюдения квазаров с помощью телескопа «Хаббл» начали прояснять картину. Собранные данные подтверждают теорию о том, что квазары — один из самых отдалённых объектов космоса, и поэтому они показывают нам Вселенную такой, какая она была в значительно более юном возрасте. Это даёт астрономам шанс заглянуть так глубоко в прошлое, как им хочется, просто наблюдая галактики и квазары на различных расстояниях, определяемых их красным смещением.

Жестокий удар по локальной территорий квазаров был нанесён, когда учёные вычислили, что квазары, открытый первый и получившийобозначение ЗС 48, чтобы демонстрировать наблюдаемую интенсивность излучения, должен был бы в соответствий с этой теорией иметь массу Солнца, диаметр 10 км и находиться в атмосфере Земли. Вычисления показывают, что, даже если бы масса ЗС 48 равнялась тысячам масс Солнца, он должен был бы находиться в пределах Солнечной системы, а это, как мы знаем, не соответствует действительности. То же можно сказать и об остальных квазарах.

Определение расстояния до квазаров — это отличная демонстрация метода адвоката дьявола, который заключается в том, чтобы поддержать теорию путём дискредитаций всех возможных её опровержений. Выдержав атаку такого сильного научного приёма, как метод адвоката дьявола, квазары утвердились как далёкий и мощный космический феномен.

Нашлись ''пропавшие'' квазары

квазар галактика вселенная

Два года назад группа австралийских астроном во главе с Р. Уэбстер (R. Webster; Мельбурнский университет) пришла к весьма неожиданному выводу: среди всех существующих во Вселенной квазаров около 80% остаются неоткрытыми. Как известно, квазар — невероятно мощный точечный источник радиоизлучения; по одной из гипотез, он представляет собой удаленную активную галактику, которая получает энергию в результате аккреции вещества на сверхмассивную черную дыру, находящуюся в центре квазара.

Проведя наблюдения нескольких сот квазаров, австралийские ученые обнаружили, что излучение около 80% из них необычайно сильно сдвинуто в красную часть спектра. Астрономы же, работающие с оптическими приборами, ищут квазары, как правило, среди голубых объектов. Если большинство квазаров — красные, значит, основная их масса нам все еще неизвестна. Однако в марте 1996 г. английские астрономы С. Серджент (S. Serjent; Имперский колледж в Лондоне) и С. Ролингс (S. Rawlings; Оксфордский университет) «успокоили «своих коллег, показав, что квазары, наблюдавшиеся австралийскими учеными, «нетипичны «. Уэбстер и ее сотрудники полагали, что «покраснение «изучаемых объектов вызвано космической пылью, присутствующей в любой околоквазарной области.

Однако английские астрономы указывают, что квазары, наблюдавшиеся австралийцами, обладают плоским, «сплющенным «радиоспектром. Другими словами, спектральная яркость их излучения в радиодиапазоне с повышением частоты понижается очень медленно. А это считается важным признаком таких объектов. Квазары, изучавшиеся группой Уэбстер, сильно излучают на высоких радиочастотах — в красной области оптического спектра. В таком случае наблюдаемое красное излучение вызывается не космической пылью, а имеет ту же синхротронную природу, что и радиоизлучение квазаров: заряженные электроны излучают, двигаясь с релятивистской скоростью по спирали вдоль магнитно-силовых линий. Но при этом возбуждается лишь плоский спектр красного излучения, что характерно лишь для небольшой группы квазаров. Таким образом, число «упущенных «астрономами квазаров никак не может быть значительным.

Анатомия квазаров

Внутреннее строение квазаров до сих пор таит много загадок. Похоже, что квазары — это очень далёкие и сверхмощные источники энергии. Примем эту гипотезу без вопросов. Если мы это сделаем, то сможем кое-что сказать о квазарах.

Квазары находятся гораздо дальше всех соседних галактик. («Соседние» в данном случае означает «в пределах нескольких сотен миллионов световых лет».) Квазары не просто далеки — они очень далеки. В спектрах всех квазаров без исключения наблюдается красное смещение линий. В космосе расстояние связано со временем: когда мы наблюдаем нечто на расстоянии двух миллиардов световых лет, мы видим этот объект в прошлом, два миллиарда лет назад. Когда мы наблюдаем квазар, мы смотрим в такое далёкое прошлое, когда наша Земля была совсем иной, чем ныне. Можно ли предположить, что в эпоху молодости Вселенной квазары были широко распространённым Явлением?

По нынешним оценкам, возраст Вселенной составляет примерно 12 — 15 миллиардов лет. Некоторые квазары на расстояниях порядка 10 миллиардов световых лет представляют нашу картину вселенной, когда она была, по крайней мере, вдвое моложе. Многие звёзды живут существенно меньше десяти миллиардов лет. Может быть, квазары — это молодые галактики.

Когда много вещества сконцентрировано в небольшом объёме пространства, гравитация способна проявить себя в полную силу. Могут ли плотные группы звёзд, существующие в центрах спиральных галактик, отсечь себя гравитационным полем от всей остальной Вселенной? То есть могу ли они стать чёрными дырами? В таком случае вещество в близи границы этого сгустка должно обращаться вокруг его центра с большой скоростью, пока не будет втянуто внутрь. Огромная скорость и сильное магнитное поле должны привести к мощному выделению электромагнитной энергий, видимой в оптическом и радиодиапазонах. Являются ли квазары активными чёрными дырами, похожими на космические торнадо?

Другая теория происхождения и внутреннего строения квазаров предполагает, что это точки в пространстве, через которые в нашу Вселенную поступает новое вещество из какого-то иного пространственно именного континуума. На языке космологов такие объекты называются белыми дырами. Когда вещество, притянутое мощной гравитацией, врывается из другой вселенной в наш пространственно-временной континуум, яркая вспышка излучения должна осветить всю галактику. Прямых свидетельств в пользу этой теорий не существует, но это одна из наиболее красивых идей в космологий. Ведь она подразумевает существование других вселенных, связанных с нашей Вселенной пространственно-временнымисингулярности.

Заключение

Наконец, в последнее время получены первые данные о гамма-излучении некоторых внегалактических объектов (например, 3С 273, NGC 5128, NGC 4151). Исследования в этой важной области только начинаются.

Диаграмма

Список использованной литературы:

1. И. Шкловский «Земля и Вселенная». — 1982. — N 4.

2. Nature. 1996. V. 379. 6563. P. 304 (Великобритания).

3. А. В. Колпакова, Е. А. Власенко «Загадки и тайны вселенной». — М.: ОЛМА Медия Групп, 2012.

4. О. Н. Коротцев «Астрономия для всех». — СПб.: Издательский Дом «Азбука-классика», 2008.

5. А. Н. Громов «Вселенная. Вопросов больше, чем ответов». — М.: Эксмо, 2009.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой