Астрономия для "чайников" - Стивен Маран

Через несколько десятилетий поисков ответа на вопрос, что же такое квазары, астрономы пришли к выводу, что они являются "полномочными представителями" гигантских черных дыр в центре галактик. Вещество, попадающее в черную дыру, выделяет колоссальную энергию, и именно эти наблюдаемые источники энергии астрономы и называют квазарами.

Все квазары — мощные источники рентгеновского излучения. Примерно 10 % из них излучают сильные радиоволны, и все они излучают в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазоне. Причем эти излучения меняются с течением недель, месяцев, лет, а иногда даже в течение одного дня.

 Тот факт, что блеск квазаров существенно меняется в течение одного дня, дает в руки ученых чрезвычайно важную информацию: это значит, что размер квазара не больше одного светового дня (light-day), т. е. расстояния, которое проходит свет в вакууме за один день. А один световой день — это всего 26 миллиардов километров. Другими словами, квазар, который дает в 10 триллионов раз больше света, чем Солнце, или в 100 раз больше света, чем Млечный Путь, по размерам ненамного больше нашей Солнечной системы, которая составляет крошечную долю галактики.

Если бы размеры квазара намного превышали световой день, то с ним не происходили бы заметные изменения всего за такое короткое время — по аналогии, слон не может хлопать ушами так же быстро, как колибри взмахивает крыльями.

Квазары — это мощные источники радиоволн, в которых часто наблюдаются струйные выбросы частиц (или джеты) (Jets), т. е. длинные узкие лучи, в которых энергия выбрасывается из квазаров в виде скоростных потоков электронов и, вероятно, других быстрых частиц. Как правило, эти выбросы неравномерны; по всей их длине видны выступающие пятна вещества. И иногда кажется, что эти пятна движутся быстрее скорости света. Это движение со сверхсветовой скоростью (superluminal motion) — иллюзия, связанная с тем, что эти потоки в подобных случаях почти в точности направлены на Землю; вещество в них действительно движется со скоростью, близкой к световой, но не быстрее света.

 Во многих книгах говорится, что у квазара очень широкие линии в спектре, соответствующие красному и фиолетовому смещениям газа, движущегося внутри квазара со скоростью до 10 000 км/с. Но это утверждение не всегда верно. Существуют разные типы квазаров, и у некоторых нет широких спектральных линий.

Но широкие спектральные линии — это важная особенность многих квазаров и ключ к разгадке их отношений с другими объектами. (Более подробно об этом я расскажу в следующем разделе.)

Активные галактические ядра

В течение многих лет после открытия квазаров астрономы спорили о том, расположены ли они в галактиках. Сегодня мы знаем, что это действительно так, но только потому, что технологии усовершенствовались и можно с помощью телескопа получить изображение, на котором видны и квазар, и галактика вокруг него. Последняя называется материнской галактикой (host galaxy) этого квазара. Поскольку квазар может быть в 100 раз ярче, чем его материнская галактика, или даже еще ярче, он обычно затмевает свою галактику. Исследовать такие галактики можно с помощью цифровых фотоаппаратов, которые позволяют регистрировать звезды в более широком диапазоне яркости, чем обычные "пленочные" фотоаппараты.

Квазары — это высшая форма того, что астрономы сегодня называют активными галактическими ядрами (Active Galactic Nuclei — AGN). Этим термином обозначают центральный объект галактики, когда у него есть, так сказать, свойства квазара: внешний вид очень яркой звезды, очень широкие спектральные линии и заметные изменения блеска.

 Вот основные термины, используемые для описания активных галактических ядер.

 Радиогромкие квазары ("первоначальные квазары") и радиоспокойные квазары (90 % квазаров или больше). Это квазары, о которых говорилось в предыдущем разделе. Они похожи между собой и отличаются только наличием либо отсутствием сильного радиоволнового излучения. Эти квазары расположены в спиральных галактиках, таких как Млечный Путь. Правда, в Млечном Пути квазары пока не обнаружены, но есть доказательства наличия в центре галактики черной дыры, масса которой составляет примерно миллион солнечных масс.

 Квазизвездные объекты (Quasistellar Objects — QSO). Это общий термин для обозначения радиогромких и радиоспокойных квазаров. Некоторые астрономы называют и те, и другие квазары просто QSO.

 Сейфертовские[38] галактики (Seyfert galaxies). В центрах этих спиральных галактик находятся активные галактические ядра (AGN). Сейфертовское AGN во многом напоминает квазар, так как для него характерны широкие спектральные линии и быстрое изменение блеска. Активное галактическое ядро может быть таким же ярким, как его материнская галактика, но не может быть в 100 раз ярче ее, как квазар. Поэтому сияние сейфертовского AGN не затмевает материнскую галактику.

 Оптически переменные квазары (Optically Violently Variable Quasars — OVV). Это квазары со струйными выбросами, направленными прямо в сторону Земли, для которых характерны еще более быстрые и резко выраженные изменения блеска, чем для обычных квазаров. Представьте, что несколько пожарных стараются направить шланг на человека в горящей одежде. Допустим, давление воды непостоянно, отчего вода выходит толчками, "импульсами". Наблюдателям со стороны кажется, что струя воды бьет довольно равномерно, но человек, которого поливают из шланга, чувствует каждое колебание напора воды. Так вот: OVV — это пожарные шланги в царстве квазаров.

 Объекты типа BL Ящерицы (лацертиды) (BL Lacertae objects). Объекты типа BL Ящерицы — это AGN, похожие на звезду BL Ящерицы. Блеск звезды BL Ящерицы меняется, и поэтому долгие годы считалось, что это еще одна переменная звезда в созвездии Ящерицы (на фотографиях звездного неба этот объект выглядит, как звезда). Затем выяснилось, что данный объект — мощный источник радиоволн; в конце концов его определили как активное ядро материнской галактики, которую оно затмевало своим сиянием.

В отличие от большинства квазаров, в спектрах объектов типа BL Ящерицы нет широких линий. И их радиоволны поляризованы сильнее, чем радиоволны обычных радиогромких квазаров. Термин "поляризация" означает, что колебания волн во время их движения через космическое пространство имеют определенное направление. В то же время неполяризованные волны колеблются одинаково во всех направлениях. Поэтому, чтобы отличить радиогромкий квазар от объекта типа BL Ящерицы, нужно проверить поляризацию.

 Блазары (blazars). Это OVV и объекты типа BL Ящерицы вместе. Этот термин придумали, чтобы описывать с его помощью объекты обоих типов. Дело в том, что у OVV и объектов типа BL Ящерицы много общего. И у тех, и у других наблюдается сильное изменение блеска, и их потоки, видимо, направлены прямо в сторону Земли. И все они радиогромкие.

Действительно ли нам нужен термин "блазары"? Я в этом не уверен. Мой друг д-р Хон-И Чу стал известным в научной среде после того, как придумал термин "квазар". А его друг, профессор Эдвард Шпигель, через несколько лет изобрел термин "блазар". Если вы откроете новый тип объектов или напишете о нем серьезный научный труд, то тоже сможете дать ему имя. Только предупреждаю заранее: делать это, просто добавляя окончание "-ар" к своему имени не разрешается. Термин должен описывать свойства объекта, а не астронома.

 Радиогалактики (radio galaxies). Существуют галактики с активными галактическими ядрами, которые не особенно яркие, но излучают сильные радиоволны. Большинство галактик с самым сильным радиоизлучением — это гигантские эллиптические галактики. Во многих случаях у них есть лучи или выбросы, которые переносят энергию от AGN к гигантским "выступам" радиоизлучения, где нет звезд, и которые намного дальше и намного больше самой материнской галактики.

Все эти различные типы активных галактических ядер имеют одну общую черту: их питает энергия, которая каким-то образом генерируется вблизи сверхмассивной черной дыры в центре галактики.

Рядом со сверхмассивной черной дырой звезды вращаются вокруг центра материнской галактики на огромной скорости. На основании этих скоростей астрономы определяют массу черной дыры. С помощью телескопов, таких как "Хаббл", они определяют скорости вращающихся звезд, а иногда — вращающихся газовых облаков, используя эффект Допплера. А затем, зная скорости, определяют массу центрального объекта. Если бы черная дыра была менее массивной, то звезды на определенном расстоянии от центра вращались бы медленнее.