Виктор Комаров - Занимательная астрофизика

• Название: Занимательная астрофизика
• Автор: Виктор Комаров
• Издательство: Наука. Главная редакция физико-математической литературы
• Жанр: Научпоп
• Год: 1984

Книга в популярной и занимательной форме знакомит читателей с наиболее интересными проблемами современной астрофизики, с не обычными физическими объектами в космосе: пульсарами, квазарами, радиогалактиками, черными: дырами, источниками: рентгеновского и гамма-излучения, а также с наиболее интересными вопросами современной космологии. В книге рассказывается о новых методах познания Вселенной, об открытиях, сделанных в последние годы. Специальный раздел посвящен проблеме поиска разумной жизни во Вселенной.

Для иллюстрации вопросов астрофизики авторы в ряде случаев прибегают к помощи научной фантастики.

Под редакцией В, М. Чаругина.

---

У некоторых галактик в радиодиапазоне интенсивно излучает центральная часть звездной системы — ядро. Вокруг такой компактной области может располагаться гало — гигантский радиоореол. А если наряду с компактным источником в центре имеются и «боковые» радиокомпоненты, то мы наблюдаем тройной радиоисточник на небе. В настоящее время методы радиоинтерферометрии позволяют с необыкновенной точностью исследовать структуру многих внегалактических радиоисточников.

Примером источника с весьма сложной структурой является космическая «радиостанция» в созвездии Персея. У этого источника очень маленькое компактное «радиоядро», окруженное «оболочкой» сравнительно небольших размеров. Эти детали в свою очередь погружены в более протяженную радиоизлучающую область — гало, которое охватывает еще две соседние небольшие радиогалактики. Предполагается, что возникновение столь сложной структуры связано о тем, что основная активная галактика, которая является ядром радиоисточника, движется с высокой скоростью через плотный межгалактический газ в скоплении галактик. Выброшенное активной галактикой вещество дробится по мере того, как оно «пробивается» через межгалактическую среду.

С помощью радиоинтерферометров удалось установить, что ядра радиоисточников — это не какие-то однородные образования: они обладают внутренней структурой, имеют определенные детали. К сожалению, размеры этих деталей настолько невелики, что для их выявления нужны были бы радиоинтерферометры с разрешающей способностью до нескольких тысячных долей секунды дуги.

Любопытно, что у горячих пятен, о которых говорилось выше, какие-либо мелкомасштабные детали отсутствуют.

И наблюдатели и теоретики много работают над тем, чтобы объяснить явления, происходящие в выбросах, определенными физическими причинами. Но главное — поиски ответа на вопрос о том, какие физические процессы порождают выделение колоссальных количеств энергии в ядрах активных галактик и квазарах, в частности, порождают выбросы и на протяжении длительного времени питают их все новыми и новыми порциями газа. Это одна из фундаментальных проблем современной астрофизики.

У наиболее мощных радиоисточников интенсивность выбросов настолько велика, что для их поддержания ежегодно требуется энергия, эквивалентная энергии, которая выделилась бы при полном превращении в излучение массы нескольких звезд.

Если иметь в виду обычные эволюционные процессы, происходящие в галактиках, то они, по-видимому, способны обеспечить не более десятой части этой энергии.

Поэтому приходится предположить, что процессы, ответственные за возникновение выбросов, связаны с какими-то необычными физическими явлениями.

По мнению члена-корреспондента АН СССР И. С. Шкловского активные процессы «порождаются какими-то особенностями (сингулярностями) в ядрах галактик. Выяснение природы этих сингулярностей — одна из важнейших, пока еще окончательно не решенных проблем современной астрофизики»[8]).

Есть веские основания предполагать, что физические процессы, порождающие выбросы, происходят в сравнительно небольших областях размером всего в несколько световых лет. Например, было замечено, что некоторые из наиболее активных источников космического радиоизлучения изо дня в день изменяют свою оптическую яркость. Но это значит, что поперечник такого источника должен быть сравнительно небольшим — не больше того расстояния, на которое физический процесс может распространиться в течение суток. Если учесть, что максимальная скорость такого распространения — это скорость света, то получается, что поперечник источника радиоизлучения весьма невелик.

В настоящее время большинство ученых считают, что основными источниками грандиозных физических процессов, происходящих в активных ядрах галактик и квазарах, являются компактные массивные тела с поперечником не более-0,1 светового года. Таковы, например, размеры компактного объекта, расположенного в ядре галактики М 87. Его масса — около 6 млрд. солнечных масс. Аналогичный объект с массой в несколько миллиардов солнечных масс обнаружен и в радиогалактике NGC6251.

Возможно, что на такое тело происходит натекание газа. В результате вокруг компактного объекта образуется вращающийся намагниченный газовый диск. Дальнейшее падение струй вещества на такой диск приводит к его разогреву до очень высокой температуры, выбрасыванию сгустков плазмы и релятивистских частиц. Если эта модель справедлива, то источником энергии квазаров и ядер галактик является энергия взаимодействия плазмы и компактных массивных образований, расположенных внутри этих объектов.

Что же касается физической природы подобных образований, то она все еще остается неясной. К этому вопросу мы еще вернемся.

Другим возможным механизмом, способным обеспечивать «подпитывание» космических выбросов, является «всасывание» одной из галактик вещества соседней, менее массивной галактики. Явление это получило название «каннибализма». Галактика-«каннибал» уничтожает соседнюю галактику-«миссионера». О возможности существования подобного процесса говорят наблюдения галактик с двойными ядрами.

Вообще замечено, что далекие радиогалактики, как правило, объединяются друг с другом. Не говорит ли это о том, что развитие в центральных частях галактик активных и физических процессов, порождающих радиоизлучение, есть в какой-то мере результат взаимодействия соседних звездных, систем?

В самом деле, как показывают статистические подсчеты, вероятность того, что та или иная галактика может оказаться источником радиоизлучения, значительно возрастает, когда мы обращаемся к более ранним этапам эволюции Вселенной. Например, для Вселенной, вчетверо более молодой, чем современная, эта вероятность в 1000 раз выше. Но ведь в прошлом галактики были расположены ближе друг к другу.

В заключение заметим, что сравнительно недавно в центральной области нашей Галактики был обнаружен точечный радиоисточник неизвестной природы с очень высокой радиосветимостью. Не исключена возможность, что этот источник связан с каким-то массивным компактным объектом в ядре. Правда, такое предположение пока что не получило подтверждения в радиоастрономических наблюдениях. Однако следует иметь в виду, что интерпретация результатов астрономических наблюдений, в особенности наблюдений за пределами оптического диапазона электромагнитных волн, всегда обладает некоторой степенью неопределенности. Это связано прежде всего с тем, что в принципе различные физические процессы могут порождать электромагнитные излучения с приблизительно одинаковыми свойствами. Возможны и другие причины, ведущие к неоднозначности в истолковании астрономических данных.

Это заставляет с определенной осторожностью относиться к выводам, сделанным на основе, скажем, радионаблюдений в тех случаях, когда речь идет об исследовании сложных и неясных космических процессов. В подобных ситуациях необходима многократная тщательная проверка полученных данных, а также их интерпретации, независимыми методами.

Очередная загадка!

Вселенная неистощима на сюрпризы! Особенно щедро она их нам преподносит в последние десятилетия с развитием всеволновой астрономии. Но даже на этом впечатляющем фоне выделяется загадочный объект, обнаруженный в 1978 г. в созвездии Водолея и получивший обозначение SS 433.

Первая загадка, связанная с SS 433, возникла тогда, когда астрономы занялись тщательным изучением его спектра. Необычное состояло в том, что у SS 433 часть линий была смещена к красному концу спектра, а часть — к фиолетовому. Это было удивительно и на первый взгляд необъяснимо, так как означало, что объект SS 433 удаляется от нас со скоростью около 80 000 км/с и одновременно… приближается к нам со столь же высокой скоростью.

Но материальное тело в реальном мире не может в одно и то же время перемещаться в двух противоположных направлениях. Так способна вести себя только сложная система, различные части которой движутся по-разному.

Вскоре обнаружился новый, не менее удивительный факт. Оказалось, что линии в спектре SS 433 меняют свое положение с периодом, равным 164 суткам.

Выяснилось также, что загадочный объект интенсивно излучает в рентгеновском диапазоне, является переменным источником инфракрасного излучения и радиоисточником с чрезвычайно сложной структурой…

Что же представляет собой SS 433? Какова физическая природа этого загадочного объекта?

Наиболее привлекательна так называемая кинематическая модель. Суть ее состоит в следующем. Из центральной части объекта с большой скоростью выбрасываются две струи газа. Одна из них движется по направлению к земному наблюдателю, другая — от нас. Именно этим объясняется таинственное «раздвоение» SS 433, о котором шла речь выше.