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.

---

Как показывают теоретические расчеты, в зависимости от взаимного расположения наблюдаемого космического объекта, гравитационной линзы и наблюдателя могут возникать и более сложные картины.

Вернемся, однако, к обнаруженному астрономами двойному квазару в созвездии Большой Медведицы. Что это — реальная двойная система или оптический обман?

Как это выяснить? Вычисления показывают, что расщепленные гравитационной линзой световые лучи, создающие двойное изображение, по дороге к наблюдателю должны пройти пути разной длины. Следовательно, один из них придет на Землю с некоторым опозданием.

Запаздывание, о котором идет речь, т. е. возникновение разности фаз в поведении различных компонентов изображения, образованного гравитационной линзой, обусловлено еще и одним из эффектов общей теории относительности — замедлением течения времени в сильных гравитационных полях. Этот эффект вызывает дополнительное «торможение» электромагнитных сигналов, испытавших воздействие гравитационной линзы. И если двойной космический объект действительно космическая иллюзия, то все изменения, происходящие с одним из компонентов подобной «системы», должны через некоторые определенные промежутки времени совершенно точно повторяться со вторым компонентом: ведь это один и тот же объект, который мы наблюдаем с различной степенью запаздывания! В том случае, когда все наблюдаемые изменения будут повторяться с одним и тем же «сдвигом фазы», предположение о расщеплении света и возникновении «космического миража» получит весомое подтверждение.

В результате наблюдений, проведенных в 1980 г. на 6-метровом телескопе Специальной астрофизической обсерватории АН СССР, было установлено, что с течением времени яркость компонента А постепенно ослабевает, а компонента В — возрастает.

В дальнейшем обнаружилось, что аналогичные изменения происходят также в радио- и ультрафиолетовом диапазонах. Полученные данные позволяют предполагать, что двойственность квазара, о котором идет речь, в самом деле представляет собой оптический эффект, вызванный отклонением световых лучей в сильном гравитационном поле. Однако окончательный ответ о природе двойного квазара дадут лишь дальнейшие исследования.

Теоретические подсчеты показали, что ожидаемый сдвиг фаз в поведении компонентов А и В квазара Q 0957+561 А, В составляет около 5 — 6 лет. Таким образом, ответ на вопрос о том, совпадает ли характер изменений обоих компонентов, должен быть получен в ближайшем будущем.

Пока что положение остается неопределенным — есть аргументы и «за», и «против». В частности, против объяснения двойственности квазара Q 0957+561 А, В, вызванной действием гравитационной линзы, казалось, говорило и то обстоятельство, что согласно астрономическим наблюдениям компонент А оказался несколько краснее компонента В. Различными по своей структуре оказались и радиоизображения загадочной пары, полученные в результате радиоинтерферометрических наблюдений.

Однако исследования, проведенные на 5-метровом телескопе обсерватории Маунт Паломар, оборудованном специальной телевизионной системой с электронно-вычислительным устройством, как будто разрешили эти недоразумения.

Анализ полученных данных показал, что в красных лучах компонент В обладает несколько более протяженным профилем, чем компонент А., Ученые предположили: это различие вызвано тем, что компонент В сливается с галактикой-линзой, искажающей его очертания. Исходя из этого, они осуществили своеобразную операцию — «вычли» из компонента В компонент А и таким способом выделили ту часть компонента В, которая, возможно, и представляет собой искомую галактику-линзу.

Если это действительно так, то, как показывают измерения, ее угловое расстояние от компонента В очень мало — всего 0,8 угловой секунды. Следовательно, излучение, идущее от компонента В, по дороге к земному наблюдателю проходит через среду галактики-линзы. Благодаря этому, к излучению компонента В в красной части спектра добавляется красное излучение звезд галактики-линзы.

Таково возможное объяснение различной яркости компонентов А и В в красных лучах, не противоречащее объяснению двойственности квазара Q 0957+561 А, В с точки зрения гипотезы гравитационной линзы.

В принципе космические иллюзии могут возникать и по несколько иной схеме. Если объект, играющий роль гравитационной линзы, обладает очень большой массой (например, массивная черная дыра), то он способен не только искривить световые лучи, идущие от того или иного светила, но и повернуть их на значительный угол. Это может привести к весьма любопытному иллюзионному эффекту.

Луч звезды, расположенной в стороне от черной дыры, обогнув ее, придет к нам на Землю, и мы увидим эту звезду на его продолжении, т. е. как раз в том направлении, где находится черная дыра, играющая роль гравитационной линзы. Но то же самое может произойти и со световыми лучами многих других звезд. Испытав в районе черной дыры, играющей роль гравитационной линзы, отклонения различной степени, эти лучи сольются вместе и создадут мнимое изображение объекта чрезвычайно высокой яркости. Хотя в действительности в этом месте небесной сферы расположена черная дыра, которая вообще ничего не излучает!

Невольно возникает вопрос: а не являются ли вообще квазары просто-напросто одной из возможных форм оптических иллюзий в космосе — результатом фокусировки света звезд черными дырами?

И еще один вопрос: что будет, если черная дыра расположена как раз между Землей и наблюдаемой звездой, т. е. в случае, аналогичном рассмотренному Эйнштейном?

Тогда к наблюдателю придут не только лучи, искривленные гравитационной линзой, но и множество лучей, совершивших вокруг черной дыры один или несколько оборотов прежде, чем им удастся вырваться из поля ее тяготения и двинуться дальше. Что увидит в этом случае земной наблюдатель? Расчеты показывают, что звезда предстанет перед ним как система концентрических светящихся колечек. Вследствие огромного расстояния эти колечки сольются, и звезда покажется наблюдателю значительно более яркой, чем она есть в действительности.

А теперь представим себе такую картину. Некая звезда, совершающая свое движение вокруг центра Галактики, в какой-то момент оказывается на продолжении прямой линии, соединяющей Землю с черной дырой. Тогда создается только что описанная ситуация, и в течение некоторого времени мы будем воспринимать звезду, о которой идет речь, как сверхъяркий космический объект. Иными словами, эта ничем не примечательная звезда как бы вспыхнет, а затем вновь возвратится в прежнее состояние. Но ведь подобная картина весьма напоминает явление, хорошо известное в астрономии, — вспышку сверхновой звезды!

Разумеется, и квазары и сверхновые звезды — это вполне реальные физические объекты во Вселенной. Что касается квазаров, то с ним связан целый комплекс физических явлений, которые никак нельзя свести к одним лишь оптическим эффектам. А при вспышках сверхновых звезд, как мы уже знаем, образуются газовые туманности — остатки выброшенного звездой вещества.

Стоит ли в таком случае вообще говорить о каких-то космических иллюзиях? Но если оптические эффекты, подобные описанным выше, теоретически возможны, то при определенных условиях они в принципе могут возникать. И об этом нельзя забывать. Ведь не исключено, что некоторые явления, наблюдаемые во Вселенной, в той или иной степени связаны с действием гравитационных линз.

Любопытно отметить, что гравитационные линзы по сравнению с обычными обладают целым рядом удивительных свойств. Так, например, согласно теоретическим выкладкам, видимая яркость космического объекта, усиленная гравитационной линзой, с увеличением расстояния между ней и наблюдателем, не только не должна уменьшаться, а наоборот, будет возрастать. Кроме того, гравитационная линза не имеет фиксированного фокусного расстояния: она собирает лучи не в одной точке — фокусе, а на поверхности некоторого конуса, начиная в определенного минимального расстояния от данной линзы и до бесконечности.

Наблюдатель, который находится вне такого конуса, увидит только сам реальный космический объект в том направлении, в котором он действительно находится. Если же наблюдатель располагается внутри конуса, то он будет видеть как минимум три изображения. А при определенном строении объекта, играющего роль гравитационной линзы, — даже пять и больше.

Почему же в случае двойного квазара Q 0957+561 А, В наблюдается только двойное изображение? Ведь если двойственность этого объекта — иллюзия, вызванная искривлением лучей гравитационной линзой, то согласно теории должно наблюдаться тройное изображение. Как считают некоторые специалисты, третий компонент изображения не удается в данном случае увидеть потому, что он сливается либо с компонентом В, либо с галактикой, играющей роль гравитационной линзы.