FAQ: Квазары

1

Когда в середине ХХ века в распоряжении ученых появились радиотелескопы, выяснилось, что очень многие радиоисточники на небе имеют маленькие, буквально точечные угловые размеры. Сначала их называли радиозвездами, но из-за ограниченной разрешающей способности радиотелескопов долгое время было невозможно их отождествить ни с какими оптическими светилами. Лишь в 60-х годах удалось связать два таких радиоисточника со слабыми звездочками или, точнее, с источниками, которые выглядели на небе, как звезды. Одна из них уже была ранее занесена в каталог переменных звезд, меняющих свой блеск. Оставалось совершенно непонятным, как звезды могут рождать мощные потоки радиоволн. Но самым странным оказалось то, что спектры этих звездочек не поддавались расшифровке: они содержали спектральные линии, необычно широкие и не отождествляемые ни с какими известными химическими элементами.

2

В 1963 году голландский астрофизик Мартин Шмидт нашел разгадку этого феномена. Анализируя спектр объекта, отождествляемого с радиоисточником 3С 273, он показал, что спектральные линии принадлежат обычному газу, но их длины волн увеличены на 16%, то есть линии смещены со своих обычных мест в спектре. Наблюдаемый сдвиг линий мог означать только одно: источник удаляется от нас со скоростью около 47 тысяч км/с. У второго звездоподобного источника (3С 48) смещение, а, следовательно, и скорость, оказались еще в два с лишним раза больше. Такие и даже более высокие скорости известны лишь у далеких галактик (они связны с расширением Вселенной). Обнаруженный сдвиг линий (или, как говорят, красное смещение, т. к. линии смещаются в красную сторону спектра) говорил о том, что найденные квазары находятся на расстоянии в несколько миллиардов световых лет. Казалось невероятным, что с такого расстояния звездочка-квазар 3С 273 видна даже в любительский телескоп. Стало понятно, что ученые встретились с чем-то необычным.

3

С возрастанием технических возможностей астрономических наблюдений количество квазаров, выявленных на небе среди слабых звезд, очень быстро росло. Сейчас число известных квазаров приближается к сотне тысяч — не считая объектов, предположительно отнесенных к квазарам. Поскольку не все они (и даже не большинство) оказались радиоисточниками, у них появилось второе название — квазизвездные объекты.

4

Еще одно удивительное свойство квазаров заключается в том, что по астрономическим масштабам они должны быть совсем крошечными, т. к. их яркость заметно меняется, в некоторых случаях — в течение нескольких дней. Это означает, что объект не может быть больше, чем световые сутки, поскольку в противном случае свет, исходящий из разных его точек, пришел бы к нам в разное время, и переменность блеска бы замылась. Таким образом, астрономы встретились с объектами не только фантастически высокой светимости, но и очень маленького размера.

5

Важное обстоятельство, которое помогло уяснить природу квазаров, заключается в том, что их свойства оказались очень похожими на свойства активных ядер галактик. Более того, вокруг многих квазаров удалось обнаружить свечение звездной галактики. Был сделан вывод, что квазары — это ядра галактик, но они светят настолько интенсивно, что совокупный свет многих миллиардов звезд галактики, внутри которой квазар находится, подчас тонет в его более ярком свечении. Особенно мощное излучение приходится, как правило, на инфракрасный свет. Из всех возможных источников энергии, которые предлагались для объяснения феномена квазара, прошел испытание временем только один — это гравитационная энергия. Термоядерная энергия, которая обеспечивает излучение звезд, в том числе Солнца, не в состоянии объяснить и малой доли энергии, ежесекундно рождаемой квазаром.

6

По современным представлениям, квазары — это ядра галактик, находящиеся в довольно кратковременной стадии чрезвычайно высокой активности. Их энергия черпается за счет энергии газа, попавшего в самый центр галактики (а также разрушившихся звезд), которую он приобретает, ускоряясь до больших скоростей при падении на компактный объект, представляющий собой сверхмассивную черную дыру. Хотя черные дыры с требуемой массой в миллионы, а некоторых случаях в миллиарды масс Солнца, известны, сами они не излучают никакого света. Но газ, падающий на такую черную дыру, образует быстро вращающийся вокруг нее диск с непредставимо высокой температурой, которая во внутренних областях диска превышает миллиард градусов! Именно диск является источником яркого излучения квазара. Черная дыра вместе со сверхгорячим диском размером примерно с планетную систему, который излучает фантастическую энергию электромагнитных волн, а также выбрасывает потоки газа и высокоэнергичных частиц (электронов и ядер атомов) в виде длинных струй (джетов), можно рассматривать как сильно упрощенную модель квазара.

7

Образование квазара должны были пережить многие массивные галактики. В центре нашей Галактики также обнаружена сверхмассивная черная дыра, которая, по-видимому, миллиарды лет назад была квазаром. Сейчас активность ядра находится на довольно низком уровне, у многих известных галактик она в тысячи раз выше. Но только там, где на протяжении небольшого времени (порядка миллиона лет) ядро достигает максимума активности, выплескивая энергию в сотни раз интенсивнее, чем все звездное население галактики, мы наблюдаем объект, называемый квазаром.