Сенсационное открытие

После того как существование космического радиоизлучения было принято как общепризнанный факт, в 1946 г. в созвездии Лебедя удалось обнаружить первый дискретный радиоисточник, получивший название "Лебедь А". Спустя 6 лет астрономы смогли идентифицировать этот источник с одной оптически наблюдаемой галактикой-так была открыта первая радиогалактика. В настоящее время в каталогах насчитывается несколько тысяч подобных объектов.

Без сомнения, в радиодиапазоне излучают все галактики, но количество энергии, приходящееся на долю этой области электромагнитного спектра, как правило, мало по сравнению с энергией их оптического излучения. Другое дело-радиогалактики. Их радиоизлучение по интенсивности может в сотни раз превосходить излучение в видимом диапазоне.

Как следовало из анализа спектра радиоизлучения, последнее, по-видимому, имеет уже не тепловой характер; причиной его возникновения в галактиках являются особые процессы. В основном предполагается, что оно обусловлено так называемым синхротронным эффектом-торможением очень быстрых электронов в слабых магнитных полях.

Астрофизиков, в частности, заинтересовал вопрос, какого же типа галактики служат источниками радиоизлучения. Исследования показали, что главным образом это эллиптические системы.

Как свидетельствовали точные измерения, некоторые радиогалактики излучают столь грандиозные количества энергии, что их энергетические запасы должны очень быстро истощаться. Отсюда, очевидно, следовало, что продолжительность жизни радиогалактик весьма мала - порядка 10 млн. лет. Правда, этот факт можно толковать и по-иному. Среди обычных звездных систем радиогалактики составляют примерно только сотую долю процента. Но при этом вполне очевидной представлялась другая альтернатива: радиогалактики - это не короткоживущие особые звездные системы, а лишь некая непродолжительная фаза существования нормальных звездных систем.

Какими же особенностями должен был бы характеризоваться этот этап в жизни звездных систем и как следовало бы представлять вероятный переход галактики в стадию "нормального" существования? К сожалению, ответить на эти-столь взаимосвязанные-вопросы очень трудно. Прежде всего оказалось, что в ядрах радиогалактик протекают особые чрезвычайно активные процессы. Например, было обнаружено, что у целого ряда подобных объектов из центральной, очевидно, сильно уплотненной области происходят мощные выбросы материи. Так, из плотного ядра галактики М 82 гигантский сгусток материи вырвался со скоростью порядка 1000 км/с.

Галактики с активными ядрами подразделяются на несколько типов (в зависимости от их особых свойств): сейфертовские галактики, N-галактики и маркаряновские галактики. Сейфертовские галактики характеризуются огромными выбросами материи из ядер и излучают главным образом в видимом диапазоне; только в исключительных случаях у них наблюдается и радиоизлучение. Маркаряновские галактики (они названы по имени открывшего их советского астронома Б. Е. Маркаряна из Бюраканской астрофизической обсерватории), напротив, излучают преимущественно в УФ-области спектра (голубые галактики). N-галактики (от англ. nuclear-ядро) обладают четко выраженным ядром, а их внешняя часть выглядит лишь как окаймляющая его оболочка. Среди них и обнаруживаются наиболее мощные источники радиоизлучения.

В третий Кембриджский каталог радиоисточников в числе прочих включен очень сильный источник радиоизлучения с чрезвычайно малым угловым диаметром. В 60-е годы, когда вошел в строй первый большой радиоинтерферометр (система, состоящая из нескольких радиотелескопов, разделенных пространственно, но связанных между собой электрически), удалось достаточно точно определить положение нескольких таких источников и идентифицировать их с известными оптическими объектами. Вблизи трех радиообъектов 3 О 48, 3 С 196 и 3 С 286 были обнаружены слабосветящиеся точечные оптические объекты, характеризующиеся слабыми, но весьма широкими эмиссионными линиями. Поскольку оптические изображения этих структур (в радиодиапазоне необычно интенсивных)- а их за коротко время было открыто очень много - не отличаются от нормальных звезд, их назвали квазарами (квазизвездными радиоисточниками).

Важнейшей отличительной особенностью этих удивительных объектов является чрезвычайно большое красное смещение их спектральных линий. Долгое время оставалось загадкой, к каким химическим элементам можно отнести линии в их спектрах. Наконец, было установлено, что это типичная серия Бальмера в спектре водорода, смещенная не менее чем на 80 нм (нанометров, 1 нм = Ю-9 м) по сравнению с положением этих линий в спектрах, полученных лабораторным путем!

Рисунок спиральной туманности М 41, выполненный лордом Россом

Наличие столь огромных красных смещений поставило перед астрофизиками новый принципиальный вопрос: чем могут быть вызваны подобные смещения? Теоретически можно предположить несколько возможностей. Во-первых, смещение линий могло быть обусловлено гравитационным красным смещением - в таком случае эти объекты должны были обладать грандиозными массами. Во-вторых, это могло быть доплеровское смещение, которое должно свидетельствовать о чрезвычайно высоких лучевых скоростях объектов. При доплеровской интерпретации смещений радиальные скорости объектов должны были достигать почти скорости света; тогда некоторые астрофизики сделали вывод, что квазары, возможно, возникли вследствие взрыва в центре звездной системы, откуда они и черпают свою огромнейшую энергию. Эта гипотеза вначале представлялась чересчур невероятной, поскольку в спектрах квазаров обнаруживались лишь "красные" смещения и полностью отсутствовали "фиолетовые".

Большая часть астрофизиков склонялась к тому, что высокие скорости квазаров обусловлены их участием в расширении Вселенной. Правда, в таком случае квазары должны были находиться на очень больших расстояниях, ибо, согласно принципу Хаббла, только тогда их скорость могла достигать столь высоких значений. Но при такой интерпретации красного смещения возникает новая проблема: поскольку загадочные объекты не удавалось разрешить при помощи оптических инструментов, то, по-видимому, они должны были неизбежно обладать относительно малыми размерами: по оценкам, порядка 1017 см, т.е. не более 0,1 светового года, или около 0,0000001 размера звездной системы. Однако по количеству излучаемой энергии квазары, напротив, в 10¹³-10¹⁴ раз превосходят отдельные звезды, т. е. оказываются сравнимы примерно с 100-1000 нормальными галактиками!

Таким образом, поначалу толкования явления квазаров оказались весьма разноречивыми. Тем не менее число наблюдаемых загадочных объектов продолжало неуклонно расти. До сих пор самое большое красное смещение было обнаружено американскими учеными у квазара ОН 471; если объяснять его доплеровским эффектом, то такое смещение должно соответствовать скорости убегания порядка 270000 км/с, т.е. согласно космологическому принципу, такой квазар должен находиться от нас на расстоянии примерно 10 млрд. световых лет.

Затруднения, возникшие у астрофизиков при толковании необычных объектов, с одной стороны, резко активизировали исследования Вселенной, а с другой - как это нередко бывает в подобных ситуациях- вызвали к жизни чрезвычайно смелые, но физически недостаточно обоснованные гипотезы.

В 1967 г. на Третьей международной конференции по квазарам специалисты вынуждены были признать, что любая из обсуждавшихся тогда гипотез может быть либо принята "на веру", либо отвергнута- ни одна из них не является научно обоснованной.

К первоначальным данным добавилось множество новых, которые принесли с собой и новые проблемы. Прежде всего сюда следует отнести наблюдаемые быстрые изменения интенсивности излучения квазаров; при этом фотографическая звездная величина такого источника примерно за три года увеличивается в 10 раз, а затем в течение нескольких месяцев ослабевает почти в 5 раз. К тому же никак не удавалось идентифицировать квазары с "оптическими" звездными системами.

При исследовании красного смещения был обнаружен весьма любопытный факт. Оказалось, что сейфертовские галактики, iV-галактики и квазары располагаются в некоторой последовательности: квазары обладают самыми большими красными смещениями, сейфертовские галактики - наименьшими, а N-галактики "лежат где-то между ними. Космологическое толкование красного смещения в таком случае следует понимать так, что объекты с наибольшими красными смещениями не просто все дальше уходят от нас в глубины космоса, но и представляют собой некое состояние материи, характерное для Вселенной в далеком прошлом. Это открытие, как и ранее известный факт, что обычные радиогалактики принадлежат к эллиптическому типу туманностей, позволяет заключить, что вновь открытые радиообъекты, в том числе и квазары, соответствуют определенным стадиям эволюции звездных систем.