Квазары и активные галактики

Когда радиоастрономия делала еще первые шаги, широкое распространение получил термин "радиозвезды". Так называли некоторые "точечные" источники космического радиоизлучения. Постепеннс 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. В настоящее время их известно несколько сотен.

Судя по мощности радиоизлучения, квазары никак не могут быть звездами в обычном, общепринятом понимании этого слова. Пять объектов, значащихся в звездных каталогах 1963 г. под условными обозначениями ЗС48, ЗС147, ЗС196, ЗС273 и ЗС286, должны быть чем-то иным^*.

^*(ЗС - сокращенное обозначение третьего Кембриджского каталога космических радиоисточников. )

Чтобы установить природу странных небесных тел, сфотографировали их спектр. И увидели совсем неожиданное! 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.

Наконец в спектре объекта ЗС273 (рис. 88) удалось найти несколько знакомых линий. Но они оказались не на своем обычном месте, в желто-зеленой и фиолетовой частях спектра, а в другом его конце, в областях желтых и красных лучей. Иначе говоря, в спектре объекта ЗС273 красное смещение достигает небывалой величины. Какой же вывод следует из этого?

Рис. 88. Квазар ЗС 273 (негатив)

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. Замечательно, что чем дальше от нас находится галактика, тем больше для нее красное смещение. Грубо говоря, красное смещение пропорционально расстоянию до галактики. Именно в этом выражается закон красного смещения, объясняемый ныне как результат стремительного расширения всей наблюдаемой совокупности галактик.

У наиболее далеких из известных до сих пор галактик красное смещение весьма велико. Соответствующие ему скорости удаления измеряются десятками тысяч километров в секунду. Но у объекта ЗС48 красное смещение превзошло все рекорды. Получилось, что он уносится от Земли со скоростью только примерно вдвое меньше скорости света!

Если считать (а другой вариант исключен), что этот объект подчиняется общему закону красного смещения, легко вычислить, что расстояние от Земли до ЗС48 равно 3,78 млрд. св. лет!

Чтобы облететь по экватору земной шар, лучу света нужно затратить чуть больше ¹/₈ с. За 8¹/₃ мин луч света долетит до Солнца, за 4 года - до ближайшей из звезд. А здесь почти 4 млрд. лет непрерывного сверхстремительного полета - время, сравнимое с продолжительностью жизни всей нашей планеты!

Но и этот "рекорд" продержался недолго. Для объекта ЗС196 расстояние, также найденное по красному смещению, получилось равным 12 млрд. св. лет! Мы уловили луч света, который был послан к нам еще тогда, когда ни Земли, ни Солнца не существовало! Объект ЗС 196 очень быстрый - его скорость удаления по лучу зрения достигает двухсот тысяч километров в секунду.

Казалось бы, объекты, столь далекие от Земли, должны быть доступными лишь наблюдателю, вооруженному самыми мощными современными телескопами. В действительности все пять объектов сравнительно ярки. Например, ЗС273 можно найти в созвездии Волосы Вероники как звездочку 12,6 звездной величины. Такие звезды доступны даже любительским телескопам.

Какими же чудовищными по мощности излучения должны быть эти источники света, если с расстояния в миллиарды световых лет они кажутся такими яркими! Нетрудно подсчитать, что мощность излучения света загадочных объектов в сотни, а иногда и тысячи раз больше мощности излучения самых крупных из известных галактик.

Может быть, это все-таки обычные галактики, только очень массивные и крупные? Можно было бы, пожалуй, принять такое объяснение, если бы московские астрономы А. С. Шаров и Ю. Н. Ефремов совершенно неожиданно не открыли новые факты. Они решили выяснить, как вели себя в прошлом "странные звезды".

Шаров и Ефремов внимательно просмотрели 73 негатива, на которых с 1896 по 1963 г. был запечатлен объект ЗС273. Пластинки далеко не всегда были хорошего качества. А главное, оценивать звездную величину объекта приходилось "на глаз". Поэтому пришлось провести контрольные исследования по пластинкам из другой "стеклянной" библиотеки. Конечные результаты получились сходными. И вывод, к которому пришли советские ученые, можно считать вполне достоверным. А он поразителен. Оказалось, что ЗС273 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 ЗС273 возрастал в 3-4 раза!

Объяснить эти наблюдения ошибками исследователей невозможно: было подсчитано, что ошибки не могли превышать 0,1 звездной величины. Иногда за несколько суток, т. е. за десятки часов, объект менялся на 0,2-0,3 звездной величины. И 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 ЗС48, причем амплитуда колебаний получилась даже несколько большей - 0,4 звездной величины. И самое удивительное - ЗС48 иногда заметно изменялся от ночи к ночи, т. е. за два-три десятка часов! Совсем недавно появилось сообщение о квазаре, характерное время переменности которого всего 200 с!

Тут есть чему поражаться. 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 вразнобой 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.

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). Так, размеры квазара, изменяющегося за 200 с, вдвое меньше радиуса земной орбиты!

Относительно малые размеры могут объяснить быстроту колебаний светимости всего объекта в целом, а огромная масса - единственно возможная (по современным представлениям) 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.

По современным оценкам возрасты квазаров измеряются миллиардами лет. За это время каждый квазар излучает энергию порядка 10⁵⁶ Дж. 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, как показывают расчеты, около 10 000, самый близкий удален на 260 000 000 св. лет, самый далекий - на 15 млрд. св. лет. Квазары, пожалуй, наиболее старые из объектов, наблюдаемых нами, так как 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 остается неизвестной.

Наряду с квазарами вызывают удивление астрономов и активные галактики, несущие в себе следы необычайно энергичных и загадочных пока процессов.

Еще в 1943 г. американский астроном К. Сейферт открыл 12 галактик, внутри которых происходят бурные беспорядочные движения газовых масс со скоростями до нескольких тысяч километров в секунду. Сегодня известны сотни подобных "сейфертовских" звездных систем. Некоторые из них мощно излучают радиоволны, инфракрасные и рентгеновские лучи.

В 1963 г. известный армянский астроном Б. Е. Маркарян открыл галактики, активно излучающие в ультрафиолетовом диапазоне. Более тысячи "галактик Маркаряна" демонстрируют, что активные взрывные процессы широко распространены в мире звездных систем. Известен ряд галактик с видимыми в телескоп выбросами, причем энерговыделение таких галактик порой доходит до 10⁵³ Дж. Есть ряд фактов, доказывающих, что наиболее активной областью галактик являются их ядра. Мы далеки пока от понимания причин этих явлений. Одно несомненно - космос полон энергии, и ее мощные следы видны буквально повсюду.