Квазары

     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. αστρον — «светило» и φύσις — «природа») — наука на стыке астрономии и физики, изучающая физические процессы в астрономических объектах, таких, как звёзды, галактики и т. д.

     Галактика - (др.-греч. Γαλαξίας — 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] λ = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (λ ~ 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 10² Å (от 10−14 до 10−8 м).

     Спектр - (лат. spectrum от лат. specter — виде́ние, 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.