Открытие квазаров

Тип работы:
Контрольная
Предмет:
Астрономия и космонавтика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский Государственный Экономический Университет»

Центр дистанционного образования

Контрольная работа

на тему: «Квазары»

Исполнитель:

студент группы: УЗ-09 СР

Отраднова Ксения Викторовна

г. Екатеринбург

2009 г.

Содержание

Введение

1. Квазары

1.1 Красное смещение

1.2 Скорость удаления

1.3 Возраст квазаров

1.4 Необычайная светимость

1.5 Источник энергии

1.6 Переменность и размер

1.7 Инфракрасное и рентгеновское излучение квазаров

1.8 Кратные квазары

1.9 Радиоструктура квазаров

1. 10 ''Пропавшие'' квазары

Заключение

Глоссарий

Именной указатель

Список использованной литературы

Введение

В истории астрономии, древнейшей из наук, не было времени, столь богатого самыми выдающимися открытиями, как наши дни. Особенно счастливыми оказались последние десятилетия, считая открытия квазаров в 1963 г. Было обнаружено реликтовое излучение, стали известны пульсары, последовало открытие нейтронных звезд в тесных двойных системах, невидимых корон галактик, черных дыр, видимых сверхсветовых движений в квазарах.

В 1963 г. американский астроном голландского происхождения М. Шмидт сделал одно из величайших открытий в астрономии ХХ в. Это открытие, однако имеет свою предысторию. Около 1960 г. небольшое количество радиоисточников было очень надежно отождествлено со звездами, что было полной неожиданностью. Ведь до сих пор космические радиоисточники отождествлялись либо с галактиками, либо с туманностями. Ожидаемые потоки радиоизлучении даже от самых близких звезд должны быть крайне незначительны. А между тем отождествленные со звездами радиоисточники были довольно интенсивны. Вполне естественно, что астрономы-оптики сразу же заинтересовались этими звездами. М. Шмидт получил и исследовал спектр такой довольно яркой звезды 13-й величины, отождествленной с интенсивным радиоисточником 3С 273. Этот спектр содержал линии излучения, которые поначалу ни с какими лабораторными линиями отождествить не удавалось. Велико же было изумление астрономов, когда Шмидт с полной достоверностью отождествил эти линии с основными линиями водорода серии Бальмера, длины волн которых смещены в красную сторону на неслыханную в те времена величину, соответствующую скорости удаления источника 42 000 км/с! Такая скорость удаления с большой вероятностью означает, что объект 3С 273 находится в Метагалактике, а наблюдаемое красное смещение спектральных линий обусловлено расширением Вселенной. С такими расстояниями астрономы еще тогда не встречались. Тем более удивительно, что, несмотря на громадность расстояния, объект 3С 273 довольно ярок. Отсюда следует, что светимость 3С 273 приблизительно в сто раз превышает светимость нашей Галактики, считающейся гигантской звездной системой. С объектами такой высокой светимости астрономы тогда еще не встречались. Следует заметить, что удивительные свойства объекта 3С 273 были открыты только благодаря тому, что он оказался радиоисточником. Сразу же после выяснения метагалактической природы 3С 273 автор этой статьи пришел к парадоксальному выводу, что блеск 3С 273 может меняться со временем. Советские астрономы А. С. Шаров и Ю. Н. Ефремов тщательно исследовали старые фотографии неба, на которые случайно попадал этот объект. Результаты превзошли самые смелые ожидания: 3С 273 менял свой блеск за несколько лет почти на целую звездную величину, т. е. примерно в 2.5 раза! Вскоре это открытие советских ученых было подтверждено на более богатом наблюдательном материале в США.

До этого времени переменность астрономы обнаруживали и изучали у звезд разных типов. И все же переменность, и притом значительная, была налицо! Из того простого факта, что характерное время изменения потока было около 1 года, с очевидностью следовало, что линейные размеры излучающей области не превышают 1 световой год — величина, ничтожно малая для галактик. Отсюда следовал вывод, что излучают не звезды, а что-то другое. В отношении этого «другого» можно было только сказать, что это объект, в известной степени близкий по своей природе ядрам сейфертовских галактик, но только в тысячи раз мощнее и активнее. Кстати, заметим, что исторически переменность блеска ядер сейфертовских галактик была открыта позднее, а само исследование этих галактик в значительной степени стимулировалось исследованием объектов, родственных по своей природе 3С 273 и получивших название «квазаров» «квазизвездные радиоисточники» («квази-звездные» объекты).

1. Квазары

Название «квазары» есть сокращение от термина «квазизвездные радиоисточники». Но поскольку многие квазары, как оказалось, не имеют заметного радиоизлучения, их стали называть «квазизвездными объектами». Однако сейчас широко употребляется короткое название «квазары».

Когда радиоастрономия делала еще первые шаги, широкое распространение получил термин «радиозвезды». Так называли некоторые «точечные» источники космического радиоизлучения. Постепенно многие из них были отождествлены с уже открытыми до того астрономами туманностями и галактиками. Почти все, но все-таки не все.

К 1963 г. загадочными остались пять звездообразных объектов, получивших впоследствии наименование квазизвездных радиоисточников, или квазаров.

Судя по мощности радиоизлучения, квазары никак не могут быть звездами в обычном, общепринятом понимании этого слова. Пять объектов, значащихся в звездных каталогах 1963 г. (включенные в 3-й кембриджский каталог (3с) космических радиоисточников) под условными обозначениями 3с48 (отождествленный со звездой 16-й величины в созвездии треугольника), 3с147, 3с196, 3с273 (отождествленный со звездой 13-й величины в созвездии девы) и 3с286.

Квазары могут быть либо наиболее удаленными из известных нам объектов и наиболее мощными источниками излучения, либо спутниками довольно обычных галактик и тогда их излучение не удается объяснить с помощью известных механизмов.

По мере накопления данных наблюдений большинство астрономов пришли к выводу, что квазары дальше от нас, чем любые другие объекты, доступные наблюдениям. Но небольшая часть астрономов утверждала, что наиболее убедительные данные наблюдений говорят о пространственной близости квазаров и не очень далеких галактик. [1, 8]

1.1 Красное смещение

Большинство квазаров интенсивно излучают радиоволны. Когда астрономы точно определили положения этих радиоисточников на фотографиях, полученных в видимом свете, они обнаружили звездообразные объекты.

Чтобы установить природу странных небесных тел, сфотографировали их спектр. И увидели совсем неожиданное! Эти «звезды» имели спектр, резко отличающийся от всех других звезд. Спектры были совершенно незнакомыми. У большинства квазаров они не содержали не только хорошо известных и характерных для обычных звезд линий водорода, в них вообще с первого взгляда нельзя было обнаружить ни одной линии даже какого-либо другого химического элемента. Работавший в США молодой голландский астрофизик М. Шмидт выяснил, что линии в спектрах странных источников неузнаваемы лишь потому, что они сильно смещены в красную область спектра, а на самом деле это линии хорошо известных химических элементов (прежде всего водорода).

Причина смещения спектральных линий квазаров была предметом больших научных дискуссий, в итоге которых подавляющее большинство астрофизиков пришли к выводу, что красное смещение спектральных линий связано с общим расширением Метагалактики.

В спектре объектов 3С273 и 3С48 красное смещение достигает небывалой величины. Смещение линий к красному концу спектра может быть признаком удаления источника от наблюдателя. Чем быстрее удаляется источник света, тем больше красное смещение в его спектре.

Характерно, что в спектре практически всех галактик (а для далеких галактик это правило не имеет ни одного исключения) линии в спектре всегда смещены к его красному концу. Красное смещение пропорционально расстоянию до галактики. [1, 15]

1.2 Скорость удаления

У наиболее далеких из известных до сих галактик красное смещение весьма велико. Соответствующие ему скорости удаления измеряются десятками тысяч километров в секунду. Но у объекта 3С48 красное смещение превзошло все рекорды. Получилось, что он уносится от Земли со скоростью только примерно вдвое меньше скорости света! Если считать, что этот объект подчиняется общему закону красного смещения, легко вычислить, что расстояние от Земли до объекта 3С48 равно 3,78 млрд. световых лет! К примеру, за 8 1/3 минут луч света долетит до Солнца, за 4 года — до ближайшей звезды. А здесь почти 4 млрд. лет непрерывного сверхстремительного полета — время, сравнимое с продолжительностью жизни нашей планеты.

Для объекта 3С196 расстояние, также найденное по красному смещению, получилось равным 12 млрд. световых лет, т. е. мы уловили луч света, который был послан к нам еще тогда, когда ни Земли, ни Солнца не существовало! Объект 3С196 очень быстрый — его скорость удаления по лучу зрения достигает 200 тысяч километров в секунду. [1, 23]

1.3 Возраст квазаров

По современным оценкам, возрасты квазаров измеряются миллиардами лет. За это время каждый квазар излучает огромную энергию. Нам неизвестны процессы, которые могли бы служить причиной такого энерговыделения. Если предположить, что перед нами сверхзвезда, в которой «сгорает» водород, то ее масса должна в миллиард раз превышать массу Солнца. Между тем современная теоретическая астрофизика доказывает, что при массе более чем в 100 раз превышающей солнечную, звезда неизбежно теряет устойчивость и распадается на ряд фрагментов.

Из известных ныне квазаров, общее число которых более 10 000, самый близкий удален на 260 000 000 световых лет, самый далекий — на 15 млрд. световых лет. Квазары, пожалуй, наиболее старые из объектов, наблюдаемых нами, т.к. с расстояния в миллиарды световых лет обычные галактики не видны ни в один телескоп. Однако это «живое прошлое» пока что совершенно непонятно нам. Природа квазаров до сих пор полностью не выяснена.

1.4 Необычайная светимость

Подчиняясь тому же закону космологического удаления, что и галактики, источники 3С273 и 3С48 сами по себе сильно отличаются от обычных галактик, подобных нашей Галактике. Прежде всего, поражает их необычайная светимость, в сотни раз превышающая светимость нашей Галактики.

Казалось бы, объекты, столь далекие от Земли, должны быть доступными лишь наблюдателю, вооруженному самыми мощными современными телескопами. В действительности, например, объект 3С273 можно найти в созвездии Волосы Вероники как звездочку 12,6 звездной величины. Такие звезды доступны даже любительским телескопам.

Таинственным является и тот факт, что по своим размерам квазары явно меньше галактик: ведь они выглядят как точечные источники света, в то время как даже самые далекие галактики похожи на размытые светящиеся кляксы. [1, 33]

1.5 Источник энергии

Какими же чудовищными по мощности излучения должны быть эти источники света, если с расстояния в миллиарды световых лет они кажутся такими яркими!

Самый трудный вопрос, связанный с квазарами, — это объяснение гигантского выделения энергии. Если квазары и в самом деле находятся на космологически больших расстояниях от нас (т.е. красное смещение действительно связано с расширением Вселенной), то нужно объяснить, как возникает эта сильнейшая светимость. Остается загадкой, какой же источник энергии поддерживает свечение квазара. Ясно одно, что каков бы ни был этот источник, сосредоточен он в относительно небольшой области пространства, т. е достаточно компактен. А это само по себе уже говорит о том, что механизм выделения энергии в квазаре весьма необычен.

Многие астрофизики считают, что квазары связаны с ядрами галактик, находящимися на определенной ступени эволюции. Например, ядро галактики М87 гораздо ярче ее внешних частей. Но есть галактики и других типов, так называемые сейфертовские галактики, у которых контраст яркого ядра со слабосветящейся остальной частью выражен еще более резко. Возможно, квазары — следующая ступень этой последовательности. Если они расположены очень далеко, то мы видим только их яркое ядро, слабая же оболочка (если она вообще есть) просто совсем не видна.

Высказывается также предположение, что, как и в галактике М87, выделение энергии в квазарах, возможно, связано с наличием сверхмассивных черных дыр. Начиная с середины 70-х годов идея о том, что гигантское выделение энергии в квазарах объясняется черными дырами, приобрела большую популярность.

Процесс выделения энергии тоже связывают с работой сил тяготения, а радиоизлучение квазара — это синхротронное излучение заряженных частиц в магнитном поле. [2, 45]

Некоторые астрономы считают, что потоки энергии от квазаров значительно ниже, поскольку расстояния до них сильно преувеличены. Если квазары, скажем, в 100 раз ближе к нам, чем мы думаем, то мы завышаем в 10 000 раз их светимость при расчетах мощности излучения по их наблюдаемой яркости. Астрономы, которые придерживаются этой точки зрения, исходят из того факта, что квазары часто видны на небе рядом с пекулярными (необычными) галактиками. Эти галактики, хотя и несколько необычны по своей структуре, имеют обычные красные смещения, которым соответствуют скорости удаления, равные нескольким процентам от скорости света. А квазары, расположенные на небе поблизости от них, имеют красные смещения в 10 — 20 раз больше!

Если квазары находятся по соседству с довольно близкими галактиками, чем объяснить их огромные красные смещения? Единственное разумное объяснение — эффект Доплера, но почему мы всегда наблюдаем лишь красное смещение (удаление) и никогда — фиолетовое (приближение)? И как вещество могло быть выброшено (всегда в направлении от нас!) с такими огромными скоростями и сохранить при этом форму единого объекта?

Ответ гласит: это никому неизвестно. За 15 лет не удалось определить ни расстояния до квазаров, ни их природу и источники их колоссальной энергии. Может быть, загадка квазаров таит в себе ключ к какой-то новой области астрофизики, какие-то новые возможности возникновения больших красных смещений в неизвестных нам ситуациях или новые способы генерации гигантских энергий, если квазары находятся очень далеко. Будем надеяться, что в последующие годы нам удастся преодолеть эти трудности в объяснении природы удаленных областей Вселенной, в которых расположены квазизвездные объекты. А сейчас мы можем только сказать: по-видимому, это естественные, а не искусственные астрономические объекты, поскольку пока не понятно, как цивилизация могла бы «сделать» квазар. [2, 55]

1.6 Переменность и размер

Еще одна загадка квазаров заключается в том, что некоторые из них меняют свою яркость с периодом в несколько суток, недель или лет, тогда как обычные галактики не обнаруживают таких вариаций.

Московские астрономы А. С. Шаров и Ю. Н. Ефремов решили выяснить, как вели себя в прошлом «странные звезды». Они внимательно просмотрели 73 негатива, на которых с 1896 по 1963 г. был запечатлен объект 3С273. Вывод, к которому пришли советские ученые, можно считать вполне достоверным. А он поразителен. Оказалось, что 3С273 менял свою яркость! И не чуть-чуть, а очень заметно — от 12,0 до 12,7 звездной величины, т. е. почти в два раза. Бывали случаи (например, в период с 1927 по 1929 г.), когда за непродолжительное время поток излучения от 3С273 возрастал в 3 — 4 раза! Иногда за несколько суток объект менялся на 0,2 — 0,3 звездной величины. При этом внешне, оптически, не происходило никаких других существенных изменений — «странная звезда» неизменно казалась звездой, хотя и переменной. Подобное явление позже было обнаружено и у объекта 3С48.

Известны тысячи переменных звезд, по разным причинам изменяющихся. Но среди обычных галактик не было зарегистрировано ни одной переменной. Хотя многие из них содержат тысячи и миллионы переменных звезд, колебания их светимости происходят в разнобой и столь несущественны для галактики в целом, что общее излучение галактик всегда остается практически неизменным. Ни один оптический инструмент мира не может уловить хотя бы малейшие колебания светимости какой-нибудь из галактик.

Остаются три возможности. Первая из них нелепа: звезды галактики изменяются сразу и одинаково, как по команде, в одном ритме. С физической стороны такое объяснение настолько абсурдно, так противоречит всем нашим знаниям о космосе, что не заслуживает серьезного рассмотрения. Вторая возможность — странные объекты, сходные с галактиками по характеру красного смещения, имеют физическую природу, совершенно отличную от галактик. Однако, большинство астрономов предполагают, что квазары — активные ядра сверхдалеких галактик. [2, 61]

Бесспорно, что квазары — это не протяженные, разбросанные на десятки тысяч световых лет звездные системы, а какие-то весьма компактные тела небольших сравнительно размеров и колоссальной массы (миллиарды солнечных масс). Относительно малые размеры могут объяснить быстроту колебаний светимости всего объекта в целом, а огромная масса — единственно возможная причина исключительной яркости, или, точнее светимости небесного тела. Чем массивнее звезда, тем ярче она светит. Эта закономерность следует как из наблюдений, так и из теоретических соображений.

Не только по массе, но и по мощности излучения квазары резко отличаются от всех известных небесных тел. Даже сверхновые звезды «бледнеют» в сравнении с ними. Сверхновые звезды излучают света в несколько миллиардов раз больше, чем Солнце только в момент своего мощного взрыва. Рядовой же квазар всегда в десятки тысяч раз излучает больше

1.7 Инфракрасное и рентгеновское излучение квазаров

В последние годы астрономам удалось зарегистрировать инфракрасное и рентгеновское излучение квазаров; они обнаружили, что мощность излучения некоторых объектов в этих областях спектра даже больше, чем в видимой области и радиодиапазоне. Если просуммировать энергии излучения во всех областях спектра, то оказывается, что некоторые квазары генерируют в 100 000 раз больше энергии в секунду, чем гигантские галактики при условии, что наши оценки расстояний до квазаров верны.

Развитие рентгеновской астрономии помогло установить, что большинство квазаров оказались мощными рентгеновскими источниками. Некоторый намек на это можно было заметить еще в результате самых первых рентгеновских наблюдений квазара 3С273, а в последних исследованиях обсерватории «Эйнштейн» («НЕАО-В») было обнаружено уже более 100 квазаров с сильным рентгеновским излучением.

Исходя из этих наблюдений, полагают, что в отличие от радиоизлучения рентгеновское излучение — характерное свойство квазаров. [2, 68]

1.8 Кратные квазары

Особое внимание астрофизиков и физиков привлекли кратные (двойные, тройные) квазары: двойной квазар в созвездии Большой Медведицы (1978), тройной квазар в созвездии Льва (1980) и такой же квазар в созвездии Рыб (1981). Каждый из объектов представлял собой квазаров-близнецов, расположенных друг от друга на расстоянии нескольких угловых секунд, имеющих очень похожие спектры и красные смещения. Однако, по всей вероятности, перечисленные квазары не есть «истинные» кратные квазары, а лишь изображения соответствующего источника. Расщепление одного изображения на несколько происходит под действием гравитационного поля массивной галактики, оказавшейся на пути между квазаром и нами. Лучи света от квазаров могут искривляться под действием гравитации галактик, играющих роль источников гравитационной фокусировки. Такие гравитационные линзы могут искажать формы далеких галактик, что, по мнению некоторых ученых, открывает новые возможности исследования крупномасштабных неоднородностей в распределении вещества во Вселенной.

Не исключено, что эффект гравитационной линзы в некоторых случаях создают не далекие галактики, а массивные черные дыры. Индийские астрофизики Г. Падманабхан и С. Читре обратили внимание на случаи, когда видно удвоенное изображение квазара, а галактики, вызвавшей это явление, поблизости не обнаружено. Вот и появилась гипотеза о том, что эффект создают практически точечные черные дыры с массой, в миллион раз превосходящей массу Солнца. Так как до сих пор нигде ни одна черная дыра не обнаружена, то пока трудно сказать, насколько близка к истине такая гипотеза.

Вопрос о том, существуют ли в природе «истинные» двойные квазары, остается предметом исследований и дискуссий. [3, 117]

1.9 Радиоструктура квазаров

Радиоструктура квазаров во многом напоминает радиогалактики, так что обычно по одной лишь этой структуре отличить квазары невозможно. Так же, как и у радиогалактик, очень часто наблюдаются двойные радиоисточники, между которыми находится компактный, иногда переменный, радиоисточник, совпадающий по своим координатам со звездообразным оптическим объектом — квазаром. В очень редких случаях у самых близких квазаров около звездообразного объекта наблюдаются очень слабые протяженные образования. От квазара 3С 273 исходит слабая струя — выброс протяженностью около 20″. На таком огромном расстоянии этим угловым размерам соответствует линейная протяженность около 100 тысяч световых лет. Эта струя, помимо оптического излучения, излучает также радиоволны, так что квазар 3С 273 можно рассматривать как двойной радиоисточник. Следует заметить, что аналогичные выбросы наблюдаются также и у некоторых радиогалактик. Особенно интересен выброс у одной из ближайших к нам радиогалактик, о котором речь будет идти дальше.

Важным вопросом является принадлежность квазаров к скоплениям галактик. Долгое время нельзя было решить вопрос в положительном смысле. Это и понятно, ведь квазары излучают в сотни раз интенсивнее «нормальных» галактик, поэтому последние, находящиеся в том же скоплении, будут слишком слабы, чтобы изучаться спектроскопически. Ведь критерием принадлежности к одному скоплению является одинаковое красное смещение у галактик и квазаров. Только для немногих, сравнительно близких квазаров, удалось обнаружить скопления галактик, в которых они находятся. [3, 126]

В настоящее время известно и занесено в каталоги свыше тысячи квазаров, что и позволяет выполнить их статистический анализ. Прежде всего, удалось построить «функцию светимости» квазаров, т. е. их распределение по мощности излучения. Из нее следует, что относительное количество квазаров убывает по мере роста мощности их излучения. Важнейшим результатом таких статистических исследований является вывод о том, что на более ранних этапах эволюции Вселенной, когда ее размеры были в 3−5 раз меньше нынешних, квазаров было гораздо больше, чем сейчас. В ту отдаленную эпоху квазаров было почти столько же, сколько и «нормальных» галактик. Нельзя исключить гипотезу, что тогда все галактики были квазарами! Этот важный вывод, однако, нуждается для своего подтверждения в новых наблюдениях.

Обращает на себя внимание то обстоятельство, что количество квазаров, начиная со значения красного смещения, превосходящего некоторый предел (соответствующий увеличению длины волны в 4,5 — 5 раз), резко падает. Конечно, нельзя исключить чисто инструментальную причину этого явления, однако вполне возможно, что квазары с большими красными смещениями просто отсутствуют. Такое отсутствие естественнее всего объяснить тем, что как раз в эту эпоху развития Вселенной образовывались путем конденсации газа галактики. До этого (т.е. при большом красном смещении) ни галактик, ни квазаров просто не было. Такой вывод, конечно, имел бы очень большое значение для проблемы эволюции Вселенной, так как позволил бы уточнить эпоху формирования галактик, а следовательно, и звезд. Нужны, однако, еще новые высококачественные наблюдения, чтобы его подтвердить. [3, 136]

Выше мы уже говорили о переменности оптического излучения квазаров. Как крайнее проявление такой переменности следует упомянуть о «вспышке» квазара 3С 279. В настоящее время он наблюдается как слегка переменная слабая звездочка 18-й величины. Однако на старых астрономических фотографиях довоенного времени (т.е. задолго до открытия квазаров) этот объект оказался существенно более ярким — почти 13 величины! Это означает, что он был ярче, чем теперь, в сотню раз! Зная по красному смещению расстояние 3С 279, можно найти, что во время «вспышки» его светимость была почти в сотню раз больше, чем у 3С 273 и в десять тысяч раз больше, чем у нашей Галактики! И при этом размеры излучающей области ничтожно малы, меньше светового года. В настоящее время квазар 3С 279 считается самым мощным «маяком» Вселенной. Мы видим, что разброс значений светимостей метагалактических объектов чрезвычайно вели почти такой же, как у звезд!

Большое значение для понимания природы квазаров имеют исследования переменности их радиоизлучения, особенно на сантиметровом диапазоне. При этом было показано, что моменты максимума потока излучения должны меняться закономерным образом с изменением длины волны. Так же должен меняться и сам характер радиоспектра (диаграмма на 15 стр., где приведены результаты наблюдений спектров квазаров в разные моменты времени). На основании теории синхротронного излучения можно по известной частоте, соответствующей максимуму радиоизлучения, и величине максимального потока определить угловые размеры источников радиоизлучения, которые оказываются порядка тысячных долей секунды дуги. Зная (по величине красного смещения) расстояния до квазаров, можно теперь найти линейные размеры связанных с ними компактных радиоистоников. Установлено, что их размеры меньше одного светового года, в согласии с оценками, полученными на основе анализа переменности потока. [3, 150]

До сих пор мы говорили только о радио- и оптическом излучении квазаров и радиогалактик. Между тем, в последнее десятилетие все большее значение приобретает исследование рентгеновского излучения этих метагалактических объектов. Впервые рентгеновское излучение от внегалактического объекта было обнаружено еще в 1971 г. на первом специализированном рентгеновском спутнике «Ухуру», заложившем основы современной рентгеновской астрономии. Этим объектом сказалась одна из ближайших радиогалактик NGC 4486. Другим метагалактическим рентгеновским источником оказалась яркая сейфертовская галактика NGC 4151. Не подлежит сомнению, что излучает активное ядро этой галактики. Вскоре был обнаружен слабый поток рентгеновского излучения и от первого открытого квазара 3С 273, а также от радиогалактики Лебедь-А. Новый этап в изучении внегалактических рентгеновских источников наступил в 1979 г., после запуска космической лаборатории имени Эйнштейна. На этой обсерватории чувствительность приемной рентгеновской аппаратуры была в 1000 раз выше, чем на «Ухуру», при очень хорошей угловой разрешающей способности. В результате оказалось возможным осуществить массовое определение рентгеновского излучения большого количества квазаров, а также сейфертовских галактик. Кроме того, был получен большой наблюдательный материал по рентгеновскому излучению скоплений галактик, представляющий особый интерес.

Всего было исследовано рентгеновское излучение более чем 100 квазаров и большого количества сейфертовских галактик и скоплений. Практически все квазары являются источниками рентгеновского излучения, мощность которого меняется в широких пределах, от сотых долей полного излучения нашей Галактики до значений, в тысячу раз превосходящих полную мощность Галактики. Как правило, рентгеновское излучение квазаров переменно; это указывает (как в случае радиоизлучения), что оно возникает в малой области. Наличие мощного рентгеновского излучения квазаров и активных ядер галактик свидетельствует о происходящих там грандиозных процессах, связанных с нагревом газа до температуры порядка сотни миллионов градусов. По-видимому, часть рентгеновского излучения не связана с горячей плазмой, а создается релятивистскими электронами, взаимодействующими с полем излучения большой плотности (явление Комптона). В настоящее время, комбинируя только рентгеновские и оптические наблюдения, удалось открыть ряд новых квазаров. Это наглядно демонстрирует, что «проникающая» способность рентгеновской астрономии может быть даже выше, чем у радиоастрономии. [3, 169]

1. 10 ''Пропавшие'' квазары

В 2000 году 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 и С. Ролингс «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 [4, 69]. Астрономы наконец-то увидели квазары второго типа. Предположение о существовании квазаров второго типа было впервые озвучено в начале 80-х годов, когда была построена единая модель квазаров и других ярких объектов, подпитывающихся энергией от массивных черных дыр. Обычные квазары находятся на расстоянии нескольких миллиардов световых лет от Земли. Квазар второго типа, как и обычный квазар, является очень ярким источником рентгеновского и другого излучения, но в отличие от первых окружены облаком газа и пыли, которое уменьшает его яркость в видимом диапазоне длин волн. Иначе говоря, до недавнего времени увидеть квазар второго типа никому не удавалось. И вот на днях человеческий взгляд впервые взглянул на этот астрономический объект. По заявлению астрономов, эта находка является важным шагом на пути к пониманию того как на заре существования Вселенной образовали черные дыры и галактики. В работах принимали участие специалисты из нескольких обсерваторий из разных стран мира, в том числе из университета Джонса Хопкинса и Южной Европейской Обсерватории. Для поиска квазара второго типа были использованы рентгеновский космический телескоп «Chandra» и наземный Большой Телескоп Very Large Telescope (VLT) из Южной Европейской обсерватории в Чили. Найденный квазар второго типа расположен в южном созвездии Печь на расстоянии 9 миллиардов световых лет от Земли.

Квазары -- это яркие источники излучения в оптической и других частях спектра. Обычно они находятся в центре какой-либо галактики. Среди астрофизиков распространено мнение, что квазар представляет собой сравнительно небольшой горячий газовый диск, окружающий черную дыру, масса которой может составлять 1011 масс Солнца.

Недавно специалисты полагали, что радиогалактики устроены иначе, чем «квазарные». Однако, после того как обнаружили в центре радиогалактики Лебедь А, расположенной в 750 млн. св. лет от нас, крошечный источник инфракрасного излучения, совпадающий с радиоисточником, мнение кардинально поменялось относительно устройства всех галактик. Инфракрасный источник похож на квазар, но он удивительно слаб и невидим в оптической области. Известно, что яркость квазара в инфракрасных лучах пропорциональна его интенсивности в рентгеновском диапазоне. Галактика Лебедь, А -- мощный источник рентгеновского излучения. Соответствующий ему по интенсивности квазар должен бы излучать в инфракрасном диапазоне в 200 раз сильнее, чем наблюдается. Такой квазар можно было бы легко наблюдать в оптическом диапазоне. В дальнейшем, ученые пришли к выводу, что в центре радиогалактики Лебедь, А расположен именно квазар, однако, он экранируется тороидальным облаком газа и космической пыли («бубликом»). Установлено, что инфракрасный источник в центре Лебедя, А лежит за плотным водородным облаком. Очевидно, оно и есть часть того же «бублика» с диаметром около 10 св. лет, который был ранее обнаружен. С Земли «бублик» виден с торца, поэтому излучение, идущее к нам из центра галактики, должно пройти сквозь довольно плотное скопление материи. Согласно наблюдениям астрономов, скопление пропускает не более 1/200 всего инфракрасного излучения, поступающего из находящегося внутри него объекта. Если бы не это обстоятельство, квазар, лежащий в центре Лебедя А, выглядел бы в 10 раз ярче, чем окружающая его галактика. Этот квазар -- заурядный среди подобных объектов, но он, по-видимому, самый близкий к нам. Следующий за ним по расстоянию квазар ЗС 273 обладает в 30 раз большей светимостью [4, 96]. Открытие подтверждает бывшее до сих пор чисто теоретическим утверждение, согласно которому все активные галактики устроены в основном одинаково, но при наблюдении с Земли они могут выглядеть различно -- в зависимости от своей ориентации относительно нас.

Заключение

Из всего выше изложенного можно сделать вывод: квазизвездные радиоисточники, или квазары, на фотоснимках имеют вид светящихся точек в отличие от размытых клякс, изображающих галактики;

Кроме радиоизлучения, они испускают мощные потоки инфракрасного, видимого и рентгеновского излучения;

Спектры видимого излучения квазаров характеризуются самым большим красным смещением из всех известных источников. Если это красное смещение обусловлено расширением вселенной, то квазары должны быть самыми удаленными из известных объектов и наиболее мощными источниками фотонов;

Однако, многие квазары наблюдаются на небе по соседству с пекулярными галактиками. Если квазары действительно как-то связаны с этими галактиками, то они примерно в сто раз ближе, чем мы думали, и их необычное красное смещение представляет собой тайну, еще не разгаданную астрофизиками.

Главная задача современной звездной астрономии состоит в выяснении деталей строения метагалактики, т. е. всего доступного нашему изучению звездного мира. Открытие квазаров и уменьшение их численности по мере дальнейшего проникновения в глубины вселенной, возможно, показывает, что «границы» метагалактики близки к наблюдению самых старых объектов мироздания.

Сначала казалось, что эти небесные тела ни на что не похожи и сочетают в себе несовместимые свойства. Потребовалось немало усилий, прежде чем было понято, что квазары родственны радиогалактикам и другим галактикам, в ядрах которых происходят мощные процессы энерговыделения. В квазарах эти процессы достигают максимального масштаба и интенсивности. По мощности излучения квазар в сотни раз превосходит галактику, а рождается это излучение в объеме, сравнимом по размеру с объемом солнечной системы. Квазар — очень компактный объект.

Открытие квазаров и два первых десятилетия их изучения — это, как видно, только начало длительных исследований, целью которых является объяснение физического механизма активности галактических ядер и квазаров. Они все еще остаются самой поразительной загадкой современной астрофизики.

Глоссарий

Активные ядра — ядра галактик, наблюдаемые процессы в которых нельзя объяснить свойствами находящихся в них звезд и газово-пылевых комплексов.

Астрофизика (от греч. ??? -- «светило» и ??? -- «природа») -- наука на стыке астрономии и физики, изучающая физические процессы в астрономических объектах, таких, как звёзды, галактики и т. д.

Галактика — (др. -греч. ??? -- Млечный Путь) -- гравитационно-связанная система из звёзд, межзвёздного газа, пыли и тёмной материи.

Инфракрасное излучение — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны[1]? = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (? ~ 1--2 мм).

Квазар — класс внегалактических объектов, отличающихся очень высокой светимостью и настолько малым угловым размером, что в течение нескольких лет после открытия их не удавалось отличить от «точечных источников» -- звёзд.

Радиоволна — электромагнитное излучение с длинами волн 5?10?5--1010 метров и частотами, соответственно, от 6?1012 Гц и до нескольких Гц[1].

Рентгеновское излучение — электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на энергетической шкале между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением, что соответствует длинам волн от 10?4 до 10? A (от 10?14 до 10?8 м).

Спектр — (лат. spectrum от лат. specter -- видемние, призрак) в физике -- распределение значений физической величины (обычно энергии, частоты или массы).

Туманность — межзвёздное облако, состоящее из пыли, газа и плазмы, выделяющееся своим излучением или поглощением по сравнению с окружающей его межзвёздной средой.

Функция светимости — эмпирическая зависимость, характеризующая распределение звёзд в данном объёме в зависимости от их абсолютной звёздной величины (или же, что равносильно, их светимости).

Черная дыра — область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света.

Эффект Доплера — изменение частоты и длины волн, регистрируемых приёмником, вызванное движением их источника и/или движением приёмника.

Именной указатель

Юрий Николаевич Ефремов — астроном, доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник отдела изучения Галактики и переменных звёзд ГАИШ МГУ. Член Международного астрономического союза.

Эдвин Пауэлл Хаббл — знаменитый американский астроном. В 1914--1917 годах работал в Йеркской обсерватории, с 1919 г. -- в обсерватории Маунт-Вилсон. Член Национальной академии наук в Вашингтоне с 1927 года.

Арп Хэлтон — профессиональный астроном, который ранее в своей карьере, был ассистентом Эдвина Хаббла. Он был награжден призом Элен Б. Уорнер, Кливлендской Премией Ньюкомба, Премией Александра фон Гумбольдта за высокие научные достижения. В течение многих лет он работал в обсерваториях Маунт-Вильсон и Паломарской. За это время он создал известный каталог «Специфические (Пекулярные) Галактики», в котором собраны деформированные или «неправильные» галактики.

Мартин Шмидт — голландский астроном, измеривший расстояния до астрономических объектов, именуемых квазарами. Лауреат премии Кавли (2008) в области астрофизики.

Список использованной литературы

1. Арзуманян «Небо. Звёзды. Вселенная» М. 1987

2. Агекян Т. А. «Звёзды. Галактики. Метагалактики» М. 1982

3. Левитан Е. П. «Эволюционирующая вселенная», М. Просвещение, 1993

4. Зигель Ф. Ю. «Астрономия в ее развитии», М. Просвещение, 1988

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой