Эврика!
научно-популярный сайт
  Главная Идеи Поиски Решения Карта сайта Контакты  
Идеи
Поиск по сайту
искать:
расширенный поиск

В мире галактик

Галактика... Гигантский мир звезд протяженностью около ста тысяч световых лет, к которому принадлежит и наше Солнце. Сто миллиардов звезд. Сотни миллионов планетных систем. Огромные облака космической пыли и газа. А за пределами этого необъятного мира — миллиарды других звездных островов, других галактик, которые удается наблюдать с помощью крупнейших современных телескопов. Совокупность этих звездных островов получила название метагалактики.

Пока астрономия была чисто оптической наукой, изучающей только световое излучение космических объектов, складывалось впечатление, что мир небесных тел мало изменяется с течением времени. Правда, в этом мире наблюдались отдельные катаклизмы, такие, скажем, как вспышки новых и сверхновых звезд, отдельные звезды бурно выбрасывали вещество из своих недр. Но все это не нарушало картины всеобщего спокойствия и постепенности. В ту пору теоретики разрабатывали модели стационарной вселенной, которая в основных своих чертах почти не изменяется с течением времени.

Первый удар по этим представлениям был нанесен в двадцатых годах открытием красного смещения в спектрах галактик. Оказалось, что мы живем в расширяющейся метагалактике: галактики разбегаются в различных направлениях.

Теоретические исследования и наблюдения привели ученых к выводу о том, что это явление представляет собой следствие колоссального взрыва компактного сгустка сверхплотной горячей плазмы, который произошел 10—15 миллиардов лет назад.

В последние десятилетия выяснилось, что нестационарные явления происходят и в современной метагалактике. Существенную роль в выяснении этого важнейшего факта сыграли исследования космического радиоизлучения.

Известно, что любое тело, температура которого выше абсолютного нуля, излучает электромагнитные волны. В их спектре всегда имеется определенная (соответствующая температуре тела) доля радиоволн. Источниками радиоволн такой — тепловой — природы является и большинство галактик.

В 1952 году было сделано открытие, потянувшее за собой целую цепочку удивительных фактов и выводов, связанных с изучением физических явлений во вселенной: были обнаружены звездные острова, радиоизлучение которых во много раз сильнее теплового. Эти галактики и были названы радиогалактиками. Наиболее яркий пример — двойная радиогалактика в созвездии Лебедя. Хотя эта космическая радиостанция находится от нас на огромном расстоянии — около 600 миллионов световых лет, ее радиоизлучение, принимаемое на Земле, имеет такую же мощность, как и радиоизлучение спокойного Солнца, расстояние до которого всего около восьми световых минут, то есть в 4000 миллиардов раз меньше!

Какие же физические процессы порождают избыточное (по сравнению с тепловым) излучение радиогалактик? Астрофизики считают, что его источником служит движение очень быстрых электронов, мчащихся в межзвездных магнитных полях с околосветовыми скоростями, — релятивистских электронов. Такое радиоизлучение получило название синхротронного.

Но откуда в галактике может возникнуть столь большое количество быстрых электронов, чтобы на протяжении длительного времени обеспечивать генерирование мощного потока радиоволн? Ведь для того, чтобы разогнать их до околосветовых скоростей, необходима чудовищная энергия.

На основе многочисленных фактов академик В. Амбарцумян предложил интересную гипотезу. Она связывает радиоизлучение галактик с выделением энергии в результате активных процессов, протекающих в галактических ядрах — сгущениях вещества, расположенных в центральных частях многих звездных островов.

Несомненные признаки активности проявляет, например, ядро нашей Галактики. Как показали радионаблюдения, оно непрерывно выбрасывает водород в количестве, достигающем полутора солнечных масс за год. Если принять, что возраст нашей Галактики составляет около 10—15 миллиардов лет, то получается, что из ее ядра уже выброшено около 15—20 миллиардов солнечных масс, что составляет около одной десятой части массы всей Галактики.

Но скорее всего то, что мы наблюдаем в настоящее время в нашей звездной системе, лишь слабый отголосок былых, гораздо более бурных процессов. Во всяком случае, известны галактики, ядра которых ведут себя значительно активнее, а у некоторых звездных систем эта активность приобретает даже взрывной характер. Например, в ядре галактики М-82 около полутора миллионов лет назад произошел грандиозный взрыв, в результате которого было выброшено колоссальное количество водорода. И сейчас эти гигантские газовые массы мчатся от центра галактики к ее окраинам с огромной скоростью — около семисот километров в секунду.

Астрономы подсчитали, что только кинетическая энергия взрыва в М-82 составляет около 3- 105г> эрг. Такое количество энергии выделилось бы, например, при взрыве термоядерного заряда с массой, равной массе 15 тысяч солнц...

На фотографии одной из близких к нам радиогалактик — Дева А — хорошо видна истекающая прямо из ядра мощная струя с отдельными сгущениями, каждое из которых по своим размерам может сравниться с небольшой галактикой. Наблюдения показали, что эта струя состоит из электронов высокой энергии.

Эти и другие подобные факты не оставляют сомнений в том, что ядра галактик не оказывают весьма существенного влияния на развитие звездных систем.

В 1958 году академик Амбарцумян высказал мысль о том, что в состав ядер галактик входят сверхмассивные сгустки «дозвездной» материи, обладающие огромным запасом энергии и массой в сотни миллионов или даже миллиарды масс Солнца. Их распад и есть причина активности ядер и тех выбросов вещества, которые порождают релятивистские частицы, а также приводят к образованию звездных скоплений и новых галактик. По мнению ученого, само существование галактики вокруг ядра есть результат активности сверхмассивного тела. Не ядро образовалось в уже существовавшей галактике, а галактика возникла в результате активности ядра. Все активные процессы в ядрах галактик связаны с переходом вещества из более плотного состояния в разреженное.

Между тем еще со времен Канта и Лапласа в астрономии возникла и утвердилась система представлений о происхождении звезд и других плотных космических тел в результате конденсации, сгущения разреженной газопылевой среды.

Таким образом, проблема активности галактических ядер не просто одна из нерешенных задач современной астрофизики. Вопрос, по существу, стоит о справедливости классических представлений, в основе которых лежит триада «сжатие — конденсация — термоядерные реакции» и почти неограниченная уверенность в том, что на этих трех китах может быть построена математическая и физическая модель чуть ли не любого космического процесса.

Явления, происходящие в ядрах галактик, во многом загадочны и до сих пор еще не нашли удовлетворительного объяснения в рамках современных физических теорий.

Еще в 1928 году известный английский астрофизик Джеймс Джине высказывал мнение о том, что центры галактик могут быть «особыми точками, в которых вещество вливается в нашу Вселенную из каких-то других, совершенно неизвестных пространственных измерений, проявляющих себя в нашей Вселенной как точки, в которых непрерывно образуется вещество».

«Никто из астрономов не стал бы сегодня отрицать, — заявил не так давно с трибуны XIV съезда Международного астрономического союза известный американский астроном Аллан Сендедж, — что тайна и в самом деле окружает ядра галактик...»

По мнению известного советского физика академика В. Гинзбурга, ядра галактик и квазары — как раз те объекты, где скорее всего можно подозревать существование отклонений от известных физических законов. Проверка этих предположений — проблема выдающегося значения...

Астроном-наблюдатель находится в куда более сложном положении, чем физик-экспериментатор.

Физик в большинстве случаев имеет возможность воздействовать на интересующий его объект, изменять его состояние и наблюдать последствия таких изменений. И в принципе он может ставить свои опыты когда угодно и повторять их сколько угодно раз.

Астроном зависит от природы. Он должен терпеливо ждать, когда она преподнесет ему какое-либо интересное явление. Иногда подобное ожидание может длиться годами и даже десятилетиями... Но ведь и ждать можно по-разному.

«Обнаружив интересное, заслуживающее внимания явление и наблюдая его, астрофизик сознательно подбирает для наблюдения другой объект, где есть основания ожидать то же явление, но в измененных условиях, — говорит академик В. Амбарцумян. — Конечно, для этого приходится искать, и довольно долго. И ждать...»

Но это активное ожидание: астроном концентрирует внимание именно на тех объектах, где интересующее его явление может произойти.

Чтобы достичь успеха в изучении загадочных процессов, протекающих в ядрах галактик, надо было в первую очередь наблюдать радиогалактики, ядра которых проявляют особую активность. Ясно было, что наиболее интересны молодые звездные системы, поскольку они, как правило, богаче энергией. Но более молодые галактики в среднем и более далекие — ведь чем глубже мы проникаем в космос, тем в более ранние эпохи метагалактики заглядываем. А чем дальше расположена радиогалактика, тем труднее ее наблюдать. В связи с тем, что радиоволны имеют большую длину, чем волны видимого света, разрешающая способность даже самых крупных современных радиотелескопов сравнительно невелика. Они могут различать объекты, угловые размеры которых не меньше одной минуты дуги. Между тем видимые угловые размеры большинства далеких галактик не превосходят нескольких десятков секунд дуги, а размеры их отдельных деталей — десятых долей секунды. Что же касается ядер, то они могут иметь размеры порядка десятичных долей секунды, а возможно, и еще меньше.

Вот почему наблюдать радиоизлучение далекой галактики с помощью радиотелескопа можно лишь в том случае, если точно известно ее положение на небе.

Как же среди многих тысяч галактик выделить ту, ядра которой проявляют особую активность?

Ученые Бюракана решили прибегнуть к помощи испытанного метода астрономических исследований — к спектральному анализу.

Но, к сожалению, мировая астрономическая наука располагала о спектральном составе излучения далеких галактик лишь немногочисленными данными.

Во всех обсерваториях мира каждая галактика наблюдалась в отдельности щелевым спектрографом или фотоэлектрическим фотометром, а это требовало многих часов работы крупнейших телескопов. В таком же положении находились и бюраканские астрономы.

Положение изменилось, когда Ленинградское оптико-механическое объединение изготовило уникальные метровые призмы для большого телескопа Бюраканской обсерватории. Появилась возможность получать одновременно спектры большого числа звезд и галактик, находящихся на значительном участке неба. С помощью таких снимков можно было выбрать среди сотен или тысяч галактик те, спектры которых обладают аномально ярким ультрафиолетовым участком...

Но для того чтобы осуществить эту возможность, предстояло проделать титаническую работу. На фотопластинке запечатлены спектры множества галактик, и каждый из них занимает всего несколько миллиметров: едва заметная узенькая черточка с множеством светлых и темных поперечных линий. И надо с помощью лупы тщательнейшим образом просмотреть один за другим каждый спектр, разобраться в нем, оценить, заслуживает ли он внимания... Адова работа, требующая высочайшей астрономической квалификации и неимоверного терпения.

И не случайно решением этой сложнейшей задачи занялся действительный член АН Армянской ССР Б. Маркарян.

По складу своего характера Маркарян — прирожденный наблюдатель. Он готов месяцами не покидать обсерватории, наблюдать, фотографировать, анализировать и снова наблюдать. Его необыкновенная пунктуальность хорошо известна всем бюраканцам. Кроме того, Маркарян — «крестный отец» почти всех телескопов Бюраканской обсерватории. Он принимает самое непосредственное участие в установке и доводке каждого нового инструмента. Регулирует его, отлаживает, настраивает, проводит первые наблюдения.

Глубочайшие астрономические знания, огромный опыт, выдающийся талант наблюдателя помогли Маркаряну успешно решить чрезвычайно важную задачу.

В результате его исследований в 1963 году появился список 40 аномальных «ультрафиолетовых» галактик. Открытием этих звездных островов Б. Маркарян установил, что среди ярких галактик существуют объекты особой категории, ядра которых обладают, в частности, избыточным ультрафиолетовым излучением. Можно было предполагать, что, как и избыточное радиоизлучение, оно обладает нетепловой природой и, по всей вероятности, связано с активными физическими процессами в ядрах галактик.

К настоящему времени Б. Маркарян опубликовал уже 5 списков, в которых приведены данные более чем для 500 аномальных галактик, ставших предметом подробных исследований как у нас, так и за рубежом.

Перечень галактик, обладающих определенными свойствами, — это своеобразный компас в бескрайнем мире космических объектов.

Эти галактики достойны первоочередного исследования. Уже ясно, что они составляют особый класс звездных систем с активными ядрами, занимающих промежуточное положение между квазизвездными объектами и обычными галактиками. Их изучение может пролить свет на загадочныепроцессы; происходящие в ядрах звездных островов вселенной. В этом и состоит главный смысл того, что сделал Б. Маркарян.

И первые же наблюдения это блестяще подтвердили.

Радиоастроном Бюраканской обсерватории доктор физико-математических наук Г. Товмасян наблюдал галактики Маркаряна на двух крупнейших радиотелескопах Австралии. В результате у семидесяти процентов галактик с аномальным спектром было обнаружено нетепловое радиоизлучение. Г. Товмасяну удалось, в частности, установить весьма интересный факт. Оказалось, что это радиоизлучение исходит из центральных областей галактик Маркаряна, расположенных около ядра. Поскольку в этих областях рождается также избыточное ультрафиолетовое излучение, то подтверждается предположение о том, что оба эти излучения непосредственно связаны с какими-то физическими процессами, протекающими внутри ядер.

Видимо, такие процессы представляют собой неизвестную ранее форму активности ядер, характерную для определенной стадии эволюции галактик, форму, внешне менее заметную, но, очевидно, более распространенную, чем взрывы, выбросы и деление ядер. Возможно, что именно эта форма деятельности приводит к образованию в галактиках спиральных рукавов.

Особенно интересно сходство излучения ядер многих галактик Маркаряна с излучением квазаров. Эти объекты обладают и другими сходными признаками: высокой светимостью, большими массами, способностью создавать вокруг себя большие газовые облака, а также облака частиц высокой энергии, которые являются источниками мощного радиоизлучения.

Другой астроном Бюраканской обсерватории, Э. Хачикян, в сотрудничестве с американскими астрономами исследовал галактики Маркаряна с помощью щелевых спектрографов на самых крупных телескопах США. На протяжении нескольких месяцев Э. Хачикян проводил наблюдения 35 галактик Маркаряна на Маунт-Паломарской, Кит-Пикской, Ликской и Макдональдской обсерваториях. Ему удалось установить, что все эти галактики обладают весьма интересными спектральными особенностями. За редким исключением, их спектры имеют очень яркие эмиссионные линии, что свидетельствует об активных физических процессах, видимо, происходящих в их ядрах, и выбросе больших количеств горячего газа.

Среди исследованных галактик Маркаряна Э. Хачикяну удалось обнаружить четыре так называемые сейфертовские галактики. Их ядра имеют весьма малые размеры, сравнимые с размерами квазаров, и находятся в состоянии высокой степени активности. Согласно точке зрения, развиваемой бюраканскими астрономами, эта активность указывает на молодость сейфертовских галактик.

Интересно отметить, что за 25 лет, прошедших с того времени, как первые восемь объектов этого типа были открыты и описаны Сейфертом, астрономам удалось обнаружить лишь еще три подобные же галактики. А с помощью списка Маркаряна удалось открыть сразу четыре сейфертовских объекта. При этом два из них обладают большей яркостью, чем все известные ранее сейфертовские галактики. (Ядро одной из них почти такое же яркое, как квазары.) И есть основания предполагать, что эти две галактики по своим физическим свойствам — промежуточное звено между квазарами и известными ранее сейфертовскими галактиками. Сейчас среди галактик Маркаряна обнаружено уже около 40 объектов сейфертовского типа.

СССР, 1974 г.

Реклама:
 
 
© 1975 ЦК ВЛКСМ Изд. «Молодая гвардия»
© 2009 «Эврика!»