Как «работает» квазар?

НЕОБЫЧАЙНАЯ СВЕТИМОСТЬ

Подчиняясь тому же закону космологического удаления, что и галактики, источники 3С273 и 3С48 сами по себе сильно отличаются от обычных галактик, подобных нашей Галактике. Прежде всего, поражает их необычайная светимость, в сотни раз превышающая светимость нашей Галактики.

Казалось бы, объекты, столь далекие от Земли, должны быть доступными лишь наблюдателю, вооруженному самыми мощными современными телескопами. В действительности, например, объект 3С273 можно найти в созвездии Волосы Вероники как звездочку 12,6 звездной величины. Такие звезды доступны даже любительским телескопам.

Квазары сравнивают с маяками Вселенной. Они видны с огромных расстояний, по ним исследуют структуру и эволюцию Вселенной, определяют распределение вещества на луче зрения: сильные спектральные линии поглощения водорода разворачиваются в лес линий по красному смещению поглощающих облаков. Один квазар светится сильнее, чем вся наша Галактика, примерно в 10000 раз. Энергии среднего, ничем не примечательного, квазара хватило бы на то, чтобы снабжать всю Землю электроэнергией в течение нескольких миллиардов лет. А некоторые из квазаров излучают энергии в 60 тыс. раз больше.

Многие квазары меняют свою светимость в коротких промежутках времени. Это является, по-видимому, одним из фундаментальных свойств квазаров. Поскольку размеры переменного по блеску объекта не могут превышать сt (с — скорость света), размеры квазаров не могут быть более 4 000 000 000 000 м (меньше диаметра орбиты Урана), и только при движении вещества со скоростью, близкой к скорости света, эти размеры могут быть больше.

ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ

Какими же чудовищными по мощности излучения должны быть эти источники света, если с расстояния в миллиарды световых лет они кажутся такими яркими!

Самый трудный вопрос, связанный с квазарами, - это объяснение гигантского выделения энергии. Если квазары и в самом деле находятся на космологически больших расстояниях от нас (т.е. красное смещение действительно связано с расширением Вселенной), то нужно объяснить, как возникает эта сильнейшая светимость. Остается загадкой, какой же источник энергии поддерживает свечение квазара. Ясно одно, что каков бы ни был этот источник, сосредоточен он в относительно небольшой области пространства, т.е достаточно компактен. А это само по себе уже говорит о том, что механизм выделения энергии в квазаре весьма необычен.

Многие астрофизики считают, что квазары связаны с ядрами галактик, находящимися на определенной ступени эволюции. Например, ядро галактики М87 гораздо ярче ее внешних частей. Но есть галактики и других типов, так называемые сейфертовские галактики, у которых контраст яркого ядра со слабосветящейся остальной частью выражен еще более резко. Возможно, квазары – следующая ступень этой последовательности. Если они расположены очень далеко, то мы видим только их яркое ядро, слабая же оболочка (если она вообще есть) просто совсем не видна.

Высказывается также предположение, что, как и в галактике М87, выделение энергии в квазарах, возможно, связано с наличием сверхмассивных черных дыр. Начиная с середины 70-х годов идея, о том, что гигантское выделение энергии в квазарах объясняется черными дырами, приобрела большую популярность.

Процесс выделения энергии тоже связывают с работой сил тяготения, а радиоизлучение квазара – это синхротронное излучение заряженных частиц в магнитном поле.

Некоторые астрономы считают, что потоки энергии от квазаров значительно ниже, поскольку расстояния до них сильно преувеличены. Если квазары, скажем, в 100 раз ближе к нам, чем мы думаем, то мы завышаем в 10 000 раз их светимость при расчетах мощности излучения по их наблюдаемой яркости. Астрономы, которые придерживаются этой точки зрения, исходят из того факта, что квазары часто видны на небе рядом с пекулярными (необычными) галактиками. Эти галактики, хотя и несколько необычны по своей структуре, имеют обычные красные смещения, которым соответствуют скорости удаления, равные нескольким процентам от скорости света. А квазары, расположенные на небе поблизости от них, имеют красные смещения в 10 – 20 раз больше!

Если квазары находятся по соседству с довольно близкими галактиками, чем объяснить их огромные красные смещения? Единственное разумное объяснение – эффект Доплера, но почему мы всегда наблюдаем лишь красное смещение (удаление) и никогда – фиолетовое (приближение)? И как вещество могло быть выброшено (всегда в направлении от нас!) с такими огромными скоростями и сохранить при этом форму единого объекта?

Ответ гласит: это никому неизвестно. За 15 лет не удалось определить ни расстояния до квазаров, ни их природу и источники их колоссальной энергии. Может быть, загадка квазаров таит в себе ключ к какой-то новой области астрофизики, какие-то новые возможности возникновения больших красных смещений в неизвестных нам ситуациях или новые способы генерации гигантских энергий, если квазары находятся очень далеко. Будем надеяться, что в последующие годы нам удастся преодолеть эти трудности в объяснении природы удаленных областей Вселенной, в которых расположены квазизвездные объекты. А сейчас мы можем только сказать: по-видимому, это естественные, а не искусственные астрономические объекты, поскольку пока не понятно, как цивилизация могла бы “сделать” квазар.

ВОЗРАСТ КВАЗАРОВ

По современным оценкам, возрасты квазаров измеряются миллиардами лет. За это время каждый квазар излучает огромную энергию. 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.

Квазары, пожалуй, наиболее старые из объектов, наблюдаемых нами, т.к. 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 полностью не выяснена.

Измерения показали, что квазары движутся (вернее, двигались) со скоростями, составляющими 87 % от скорости света. Скорости квазаров направлены от нас, то есть они разлетаются во все стороны с огромными скоростями. Измерялись не скорости, а смещение частоты излучения квазаров за счет эффекта Доплера. Оказалось, что смещение линий излучения атомов водорода происходит в сторону красного края спектра, то есть частота излучения увеличивается, что имеет место при удалении источника. Квазары движутся со скоростями, превышающими 250 000 км/с! Такие скорости запрещены другим объектам. Так, если бы звезда имела скорость движения больше 1000 км/с, то она покинула бы свою галактику. Кроме того, звезды движутся как от нас, так и к нам. Квазары же движутся исключительно от нас.

Иной взгляд на квазары

Отрывок из статьи Карима Хайдарова 2005 г.

Миф о сверхдалеких и сказочно больших квазарах

Приписывая красному смещению квазаров Хаббловскую природу, то есть считая, что расстояние до них пропорционально их красному смещению, релятивистская физика считает квазары запредельно далекими и сказочно великими небесными телами. На этих предположениях построено немало смехотворных космогонических теорий. Их возникновение связано с путаницей в головах космологов. Они считают красное смещение одним физическим явлением, хотя, на самом деле в Природе существует как минимум 4 вида причин красного смещения:

-доплеровское смещение, вызванное разницей скоростей источника и приемника;

-хаббловское смещение, вызванное диссипацией энергии света на космогонических расстояниях ("старение света");

-трамплеровское красное мещение, связанное с большой светимостью звезд;

-гравитационное смещение, вызванное разницей гравитационных потенциалов точки излучения и точки приема.

Вопреки релятивистским мифам, уже много лет первооткрыватель и исследователь квазаров д-р Хальтон Арп показывает, что квазары физически, наблюдаемо, ассоциированы с некоторыми известными и не столь уж далекими галактиками. Им накоплен большой статистический материал наблюдений, то есть астрономических фактов, который при честном отношении к науке просто невозможно игнорировать.

Согласно Х. Арпу квазары имеют “внутреннее” или “собственное” красное смещение, которое не зависит от расстояния на котором они находятся от нас. Внутреннее красное смещение квазаров определяется канонической формулой.

где Zi – внутреннее красное смещение квазара, Zv – видимое с Земли красное смещение квазара, Zg– красное смещение галактики, в которой находится квазар.

Кроме того, исследованиями Д. С. МакМиллана [26] показано, что по данным геодезических сессий VLBI за 1979 - 2003 гг. у большого числа квазаров есть значимые ненулевые собственные движения: у 580 источников точности определения собственных движений составляют 0.5 mas/год и лучше, а для 50-60 объектов их собственные движения отличаются от нуля более, чем на 3σ. Таким образом, необходимо принять либо сверхсветовые скорости движения квазаров, либо считать, что их красное смещение не имеет отношения к расстояниям до них.Квазары действительно яркие, но отнюдь не сказочно большие небесные тела. Согласно данным радиоинтерферометрии они являются точечными источниками, имеющими размер менее 0,4 mas.

В познании их природы может помочь явление квантованности их красных смещений, открытое К. Карлссоном и подробно исследованное Х.Арпом и Дж. и Е.М. Бёрбиджами.