Astronet > I. Shklovskii "Razum, zhizn', vselennaya"

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

I.S.Shklovskii "Razum, Zhizn', Vselennaya"

Oglavlenie

Novelly i stat'i

Vzryvayushiesya zvezdy i ih ostatki

Zvezdy, bolee ili menee shodnye s nashim Solncem, dlitel'no i ustoichivo izluchayut prakticheski na postoyannom urovne. Geologicheskie i paleontologicheskie dannye dokazyvayut, chto na protyazhenii neskol'kih milliardov let moshnost' solnechnogo izlucheniya ne mogla otlichat'sya ot sovremennoi bol'she, chem na 50%. Mozhno skazat' (i eto dokazyvaetsya teoreticheskoi astrofizikoi - sm. nashu knigu "Zvezdy: ih rozhdenie, zhizn' i smert'", Nauka, 1977), chto takie zvezdy predstavlyayut soboi velikolepno "otlazhennye" mashiny, obespechivayushie ih sovershennuyu ustoichivost'. Maleishee povyshenie temperatury zvezdy privodit pochti mgnovenno k ee rasshireniyu, soprovozhdayushemusya padeniem temperatury do prezhnego znacheniya. Poetomu govoryat, chto normal'naya zvezda predstavlyaet soboi "sistemu s otricatel'noi teploemkost'yu". Tak prodolzhaetsya do teh por, poka zvezda ne ischerpaet zapasov svoei yadernoi energii, t.e. do teh por, poka nahodyashiisya v ee central'noi oblasti vodorod ne prevratitsya v gelii. U Solnca, kotoroe uzhe "zhivet" okolo 5 milliardov let, eto proizoidet cherez 7 - 8 milliardov let. Posle "vygoraniya" vodoroda svoistva zvezdy sil'no izmenyatsya: ona "razduetsya" do razmerov orbity Zemli, a moshnost' ee izlucheniya uvelichitsya v sotni raz. Drugimi slovami, iz "zvezdy glavnoi posledovatel'nosti" ona prevratitsya v "krasnogo giganta", a cherez sravnitel'no korotkoe vremya, poteryav naruzhnuyu obolochku, prevratitsya v belogo karlika, predstavlyayushego soboi, kak pravilo, ves'ma ustoichivyi ob'ekt.

Mnogie zvezdy, mozhet byt', bol'shaya ih chast', menyayut moshnost' svoego izlucheniya libo periodicheski (kak, naprimer, cefeidy), libo bolee ili menee besporyadochno. K chislu poslednih otnositsya naibolee mnogochislennaya gruppa zvezd, nazyvaemyh "krasnymi karlikami": eto - zvezdy maloi massy (raz v 10 men'she, chem u Solnca) i sootvetstvenno nizkoi svetimosti. Po etoi prichine oni evolyucioniruyut ochen' medlenno. Svoe yadernoe goryuchee (vodorod!) takie karliki ischerpayut tol'ko cherez sotni milliardov let. Vselennaya zhe sushestvuet okolo 20 milliardov let, sledovatel'no, za vremya ee sushestvovaniya krasnye karliki eshe ne uspeli proevolyucionirovat'. Veshestvo krasnyh karlikov nahoditsya v sostoyanii burnyh konvektivnyh dvizhenii. Na ih poverhnosti proishodyat intensivnye vspyshki, dlitel'nost' kotoryh poryadka minut i chasov. Vo vremya takih vspyshek moshnost' izlucheniya krasnogo karlika mozhet uvelichit'sya vo mnogo desyatkov raz.

Ris.1. Krivaya belska zvezdy SS Lebedya (tipa U Bliznecov)

Znachitel'no belee grandioznye izmeneniya svetimosti nablyudayutsya vo vremya vspyshek "novyh" i "novopodobnyh" zvezd. Pri takih vspyshkah svetimost' zvezdy uvelichivaetsya v otdel'nyh sluchayah v desyatki millionov raz. Dlitel'nost' takoi vspyshki ischislyaetsya dnyami i nedelyami. Seichas dokazano, chto vse eti zvezdy vhodyat v sostav tesnyh dvoinyh sistem, gde "aktivnym" (t.e. vspyhivayushim) komponentom yavlyaetsya belyi karlik. Na ego poverhnost' vse vremya "natekaet" bogatoe vodorodom veshestvo ot vtorogo komponenta sistemy i kogda ego nakopitsya dostatochnoe kolichestvo, proishodit termoyadernyi vzryv. Vzryvy povtoryayutsya pochti periodicheski cherez promezhutki vremeni ot neskol'kih dnei (zvezdy tipa U Bliznecov) do mnogih tysyach let (klassicheskie novye).

Otlichitel'noi osobennost'yu opisannyh vyshe izmenenii moshnosti izlucheniya zvezd yavlyaetsya to obstoyatel'stvo, chto takie izmeneniya ne zatragivayut ih vnutrennei struktury. Rech' idet o "poverhnostnyh" yavleniyah, proishodyashih v naruzhnyh sloyah zvezd. Dazhe v sluchae novyh zvezd termoyadernaya vspyshka na ih poverhnosti prakticheski ne otrazhaetsya na nedrah. Tem bol'shii interes predstavlyayut takie katastroficheskie izmeneniya moshnosti izlucheniya zvezdy, kotorye soprovozhdayutsya radikal'noi perestroikoi ee vnutrennei struktury. Rech' idet o grandioznom yavlenii vzryva zvezd, istoricheski poluchivshego na nash vzglyad kraine neudachnoe nazvanie "vspyshki sverhnovoi zvezdy".

Iz starinnyh hronik izvestno, chto izredka na nebe vnezapno poyavlyalis' zvezdy isklyuchitel'no bol'shoi yarkosti. Posle dostizheniya maksimuma bleska takaya zvezda medlenno ugasala, poka cherez neskol'ko mesyacev ne perestavala byt' vidimoi. Vblizi maksimuma bleska eti zvezdy (v drevnih kitaiskih hronikah oni obrazno nazyvalis' "zvezdy- gost'i") mogli nablyudat'sya dazhe dnem, chto srazu zhe ukazyvaet na to, chto ih vidimyi blesk prevoshodil blesk Venery - yarchaishego posle Solnca i Luny svetila. V novoe vremya takaya zvezda vspyhnula v 1572 g. v sozvezdii Kassiopei i nablyudalas' vydayushimsya astronomom Tiho Brago. V poslednii raz v nashei Galaktike sverhnovaya zvezda vspyhnula v 1604 g. v yuzhnom sozvezdii Zmeenosca. Ee videl velikii Kepler, kotoryi cherez pyat' let posle etogo vvel v praktiku astronomicheskih nablyudenii teleskop. Poyavlenie takih zvezd na nebe (tak zhe, kak i komet) privlekalo k sebe pristal'noe vnimanie uchenyh i filosofov, tak kak narushalo aristotelevo predstavlenie ob "ideal'nosti", "sovershenstve" i neizmennosti nebes.

Posle 1604 g. v nashei Galaktike vspyshki sverhnovyh zvezd ne nablyudalis'. Eto, konechno, ne oznachaet, chto takih vspyshek za poslednie bez malogo chetyre stoletiya "teleskopicheskoi" ery v istorii astronomii v nashei zvezdnoi sisteme ne bylo. Dopodlinno izvestno, naprimer, chto vspyshka sverhnovoi byla okolo 1668 g. v sozvezdii Kassiopei, no pochemu-to ne nablyudalas'. Sleduet imet' v vidu, chto mezhzvezdnoe prostranstvo vblizi ploskosti simmetrii Galaktiki napolneno pogloshayushimi svet pylevymi chasticami. Tak kak bol'shinstvo zvezd v Galaktike koncentriruetsya k etoi ploskosti, to luchi sveta budut prohodit' bol'shie otrezki v mezhzvezdnom pylevom sloe i ispytyvat' ochen' sil'noe pogloshenie. Poetomu udalennye vspyshki ne budut nablyudat'sya.

Kazalos' by, pri takoi redkosti yavleniya vspyshek sverhnovyh my malo chto mozhem znat' ob ih prirode. No eto ne tak. Astronomy uzhe davno nablyudayut vspyshki sverhnovyh v drugih zvezdnyh sistemah - galaktikah. V pervyi raz eto sluchilos' v 1885 g., kogda na otechestvennoi observatorii v Tartu nablyudalas' vspyshka zvezdy v tumannosti Andromedy. Sama tumannost' Andromedy imeet vidimuyu velichinu okolo 4,5 i vidna nevooruzhennym glazom. Vspyhnuvshaya zvezdochka imela 6-yu velichinu, t.e. potok izlucheniya ot nee byl vsego v 4 raza men'she, chem ot vsei tumannosti Andromedy. V te vremena etot rezul'tat astronomov ne udivil: ved' oni zhe ne imeli ni maleishego predstavleniya o prirode tumannosti Andromedy, ravno kak i drugih spiral'nyh tumannostei! Tol'ko na rubezhe 20-h godov HH v. byla ponyata vnegalakticheskaya priroda M31 (tak obychno astronomy nazyvayut tumannost' Andromedy - N 31 po izvestnomu katalogu tumannostei, sostavlennomu francuzskim astronomom Sharlem Mes'e v konce HVIII v.), a takzhe drugih spiralei. Okazalos', chto eto - gigantskie agregaty, sostoyashie iv soten milliardov zvezd, mezhzvezdnoi sredy i ogromnogo kolichestva tumannostei. Kazhdyi takoi "zvezdnyi ostrov" vpolne podoben nashei Galaktike.

I tut nevol'no porazilo voobrazhenie astronomov to obstoyatel'stvo, chto moshnost' izlucheniya vspyhnuvshei v 1885 g. v M31 zvezdy byla vpolne sravnima s summarnoi moshnost'yu milliardov zvezd, sozdayushih svetimost' etoi galaktiki! Nichego podobnogo astronomy do etogo ne nablyudali! Moshnost' izlucheniya vspyhnuvshei zvezdy v desyatki tysyach raz prevoshodila moshnost' izlucheniya obychnyh novyh zvezd. Lyubopytno, chto eto obstoyatel'stvo izvestnyi amerikanskii astronom Shepli ispol'zoval kak argument protiv metagalakticheskoi prirody M31. Vskore, odnako, v tumannosti Andromedy byli obnaruzheny obychnye novye zvezdy, kotorye s takogo rasstoyaniya nablyudalis' kak ob'ekty 16 - 17-i velichiny. Takih zvezd v M31 vspyhivaet po neskol'ku desyatkov v god. Zvezdy, podobnye vspyhnuvshei v 1885 g. v Andromede, astronomy stali nazyvat' "sverhnovymi".

Vspyshki sverhnovyh v drugih galaktikah nablyudalis' ne tol'ko v sravnitel'no blizkoi k nam tumannosti Andromedy (udalennoi na rasstoyanie "vsego lish'" okolo milliona parsek). V 1895 g. v karlikovoi galaktike NGS 5253 vspyhnula ochen' yarkaya sverhnovaya, imevshaya v maksimume bleska 7,5 zvezdnuyu velichinu, v to vremya kak "materinskaya" galaktika byla na 4,5 velichiny slabee. Interesno, chto v 1972 g. v etoi zhe galaktike vspyhnula eshe odna sverhnovaya, kotoraya byla so vsei tshatel'nost'yu issledovana astronomami pri pomoshi ves'ma sovershennoi tehniki. Mozhet vozniknut' estestvennyi vopros: pochemu bol'shinstvo vspyshek sverhnovyh v nashei Galaktike uskol'zaet ot nablyudenii, a vspyshki v dalekih galaktikah nablyudayutsya? Delo v tom, chto v poslednem sluchae svet ot vspyhnuvshei sverhnovoi idet obychno k zemnomu nablyudatelyu pod bol'shim uglom k ploskosti simmetrii udalennoi galaktiki, k kotoroi koncentriruyutsya pogloshayushie izluchenie pylevye oblaka. Poetomu on budet znachitel'no men'she oslablen, chem svet sverhnovoi, vspyhnuvshei v central'noi chasti diska nashei "sobstvennoi" Galaktiki (sm. vyshe).

Vspyshki sverhnovyh zvezd - yavlenie chrezvychaino redkoe. V gigantskoi galaktike tipa nashei odna vspyshka sluchaetsya priblizitel'no odin raz v neskol'ko desyatkov let, a vsego za poslednie desyatiletiya nablyudalos' okolo 500 vspyshek.

V sluchae vspyshki sverhnovoi astronomy stolknulis' s situaciei, kogda v techenie korotkogo vremeni odna zvezda izluchaet stol'ko zhe energii, skol'ko milliardy zvezd toi galaktiki, v kotoroi eto yavlenie sluchilos'. Polnoe kolichestvo energii, izluchennoe zvezdoi za vremya vspyshki, poryadka 10⁵⁰ erg, chto blizko k solnechnomu izlucheniyu za milliard let! Zametim, chto zapas teplovoi energii solnechnyh nedr, nagretyh do temperatury v neskol'ko millionov gradusov, » 10⁴⁸, t.e. v sotnyu raz men'she energii, izluchennoi sverhnovoi za vremya vspyshki. Gravitacionnaya energiya svyazi zvezdy, pohozhei na Solnce, takzhe poryadka 10⁴⁸ erg. Otsyuda vidno, chto osvobodivsheisya pri vspyshke sverhnovoi energii bolee chem dostatochno, chtoby polnost'yu rasseyat' v okruzhayushee prostranstvo veshestvo zvezdy, pohozhei na Solnce. Sledovatel'no, mozhno sdelat' vyvod, chto vzryv zvezdy dolzhen soprovozhdat'sya korennym izmeneniem ee struktury.

Za poslednie polveka problema sverhnovyh zvezd stala odnoi iz central'nyh v astronomii. Postepenno stanovilos' yasnym, chto ryad fundamental'nyh problem estestvoznaniya (naprimer, proishozhdenie elementov, proishozhdenie kosmicheskih luchei, dazhe proishozhdenie zhizni) v bol'shei ili men'shei stepeni svyazan s razlichnymi aspektami problemy vspyshek sverhnovyh zvezd.

Eshe pered voinoi vyyasnilos', chto sverhnovye zvezdy otnyud' ne yavlyayutsya gruppoi odnorodnyh ob'ektov. Nablyudayutsya po krainei mere dva tipa sverhnovyh: sverhnovye I tipa i sverhnovye II tipa. Oni otlichayutsya, prezhde vsego, svoimi spektrami i tak nazyvaemymi "krivymi bleska", t. e. zavisimost'yu moshnosti izlucheniya zvezdy ot vremeni. Sushestvuet takzhe vazhnaya zavisimost' tipa sverhnovoi ot morfologicheskih harakteristik galaktik, v kotoryh proishodyat vspyshki. Sverhnovye I tipa nablyudayutsya vo vseh galaktikah: kak spiral'nyh, tak i ellipticheskih, a takzhe nepravil'nyh. Mezhdu tem, sverhnovye II tipa vspyhivayut tol'ko v spiral'nyh galaktikah. Eta svyaz' mezhdu tipom sverhnovyh i tipom galaktik, v kotoryh proishodyat vspyshki, kak uvidim nizhe, ochen' vazhna dlya ponimaniya prirody vzryvayushihsya zvezd.

Kak uzhe govorilos' vyshe, spektry sverhnovyh oboih tipov sil'no otlichayutsya. Sleduet takzhe imet' v vidu, chto eti spektry znachitel'no menyayutsya so vremenem. Sravnitel'no legko udalos' razobrat'sya v spektrah sverhnovyh II tipa. Posle maksimuma bleska v etih spektrah nablyudayutsya shirokie linii izlucheniya i poglosheniya, prinadlezhashie vodorodu, kal'ciyu, zhelezu i drugim elementam. Analiz etih spektrov pozvolyaet sdelat' vyvod, chto oni obrazuyutsya v ves'ma protyazhennoi obolochke, rasshiryayusheisya s ogromnoi skorost'yu, obychno prevyshayushei 5000 km/s. Sushestvenno, chto himicheskii sostav razletayushihsya obolochek sverhnovyh primerno takoi zhe, kak u solnechnoi atmosfery. Preobladayushim elementom yavlyaetsya vodorod, na vtorom meste - gelii.

Sovershenno inache vyglyadyat spektry sverhnovyh I tipa. Nachat' s togo, chto v techenie treh desyatiletii sovershenno ne udavalos' otozhdestvit' shirokie polosy, harakternye dlya etih spektrov. Tol'ko posle togo, kak vyyasnilos', chto eti polosy sut' ne chto inoe, kak uchastki nepreryvnogo spektra mezhdu shirokimi i dovol'no glubokimi liniyami poglosheniya, otozhdestvlenie spektrov sverhnovyh I tipa sdvinulos' s mertvoi tochki. Byl otozhdestvlen ryad linii poglosheniya i prezhde vsego linii ionizirovannyh kal'ciya i kremniya. Dliny voln etih linii sdvinuty v fioletovuyu storonu spektra iz-za effekta Doplera v rasshiryayusheisya so skorost'yu 10 - 15 tys. km neprozrachnoi obolochke - fotosfere. V spektrah sverhnovyh I tipa ochen' mnogo linii i oni nakladyvayutsya drug na druga, tak chto poka znachitel'naya ih chast' eshe ne imeet odnoznachnogo otozhdestvleniya. Tem ne menee analiz etih spektrov pozvolyaet sdelat' ochen' vazhnyi vyvod: v obolochkah, vybroshennyh vo vremya vspyshki sverhnovyh I tipa, pochti net vodoroda. Temperatura fotosfery sverhnovyh oboih tipov, opredelyayushaya ih nepreryvnyi spektr okolo maksimuma, ochen' vysoka, 10 - 20 tys. gradusov. Posle maksimuma ona padaet, dostigaya cherez 1 - 2 mesyaca znacheniya 5 - 6 tys. gradusov.

Ris.2. Fotograficheskie krivye bleska sverhnovyh I tipa.

Krivye bleska sverhnovyh I tipa ochen' shodny (ris.2). Vsled za krutym pod'emom bleska nablyudaetsya maksimum dlitel'nost'yu v 1 - 2 dnya, posle chego blesk dovol'no bystro ubyvaet. Posle togo, kak on upadet primerno na 2 ¹/₂ velichiny (t.e. priblizitel'no v 10 raz), harakter krivoi bleska menyaetsya. Zvezdnaya velichina sverhnovoi s udivitel'nym postoyanstvom slabeet na 0,013 velichiny v sutki. Eto oznachaet, chto na pozdnei faze razvitiya (obychno » 50 dnei posle maksimuma) svetimost' ubyvaet so vremenem po eksponencial'nomu zakonu L µ e^-t/
t, gde t - vremya, a t=85 dnei. Etot zakon izmeneniya bleska vypolnyaetsya vplot' do t » 500 dnei - naibolee dolgii srok nablyudenii sverhnovoi, vspyhnuvshei v NGS5253 v 1972 g.

Krivye bleska sverhnovyh II tipa obnaruzhivayut znachitel'noe raznoobrazie. Inogda oni blizki k krivym bleska sverhnovyh I tipa; chashe vsego posle maksimuma bleska u nih nablyudaetsya pologoe "plato" dlitel'nost'yu v 50-70 dnei, posle chego blesk obychno bystro padaet (ris.3).

Ris.3. Fotograficheskie krivye bleska sverhnovyh II tipa.

Analiz spektrov i krivyh bleska sverhnovyh, vypolnennyi razlichnymi issledovatelyami v poslednie gody, pozvolyaet sdelat' vazhnye vyvody o prirode zvezd, kotorye vspyhivayut, kak sverhnovye. Iz togo fakta, chto obolochki sverhnovyh I tipa prakticheski lisheny vodoroda, mozhno sdelat' vyvod, chto pered vspyshkoi eti zvezdy proshli dolgii evolyucionnyi put', v itoge kotorogo oni poteryali bogatye vodorodom naruzhnye sloi, prevrativshis' v kompaktnye ob'ekty, bolee ili menee shodnye s belymi karlikami. Mezhdu tem zvezdy, vspyhivayushie kak sverhnovye II tipa, - eto krasnye giganty i sverhgiganty, razduvshiesya do razmerov, prevyshayushih rasstoyanie ot Zemli do Solnca, massa kotoryh dovol'no velika, - v neskol'ko raz bol'she massy Solnca. S etim vyvodom horosho soglasuyutsya ocenki mass vybroshennyh pri vzryvah zvezd obolochek. U sverhnovyh I tipa massy obolochek sravnitel'no neveliki, » 0,3 solnechnoi massy, v to vremya kak u sverhnovyh II tipa massy obolochek sostavlyayut 1 - 2 massy Solnca.

Stanovitsya ponyatnoi zavisimost' mezhdu tipom sverhnovoi i morfologicheskimi harakteristikami galaktik, v kotoryh proishodyat vspyshki. Ochevidno, zvezdy, vspyhivayushie kak sverhnovye II tipa, buduchi sravnitel'no massivnymi, dolzhny byt' "molodymi". Eto neposredstvenno vidno iz sosredotocheniya takih vspyshek v "rukavah" spiral'noi struktury - vernyi priznak molodosti, ibo "novorozhdennye" zvezdy voznikayut iz oblakov gazovopylevoi mezhzvezdnoi sredy, kotorye sosredotocheny preimushestvenno v takih rukavah. Mezhdu tem, v ellipticheskih galaktikah ochen' malo gazovo-pylevoi mezhzvezdnoi sredy i process zvezdoobrazovaniya tam pochti prekratilsya mnogo milliardov let nazad. No eto oznachaet, chto zvezd s massoi, prevoshodyashei solnechnuyu, v etih galaktikah net - oni davnym-davno tam proevolyucionirovali. A raz tak, to ne mozhet tam byt' i sverhnovyh II tipa, kotorye associiruyutsya s dovol'no massivnymi zvezdami. Chto kasaetsya sverhnovyh I tipa, to oni svyazany s proevolyucionirovavshimi zvezdami i poetomu mogut nablyudat'sya vo vseh galaktikah - spiral'nyh, ellipticheskih i nepravil'nyh.

Kakovy zhe prichiny vzryva zvezd, nablyudaemyh kak grandioznoe yavlenie vspyshek sverhnovyh? Srazu zhe ogovorimsya, chto polnoi teorii, opisyvayushei vse storony yavleniya vzryva zvezd, poka net - problema eta slishkom slozhna i fakticheskih nablyudatel'nyh dannyh, kotorye by pozvolili etu problemu reshit' empiricheski, poka vse eshe nedostatochno. Odnako "sut' dela", po-vidimomu, sostoit v sleduyushem. Posle togo, kak v central'nyh oblastyah sil'no proevolyucionirovavshei zvezdy yadernoe goryuchee "vygorelo", mozhet nastupit' kriticheskaya situaciya. Lishennoe istochnikov energii yadro pri nekotoryh usloviyah (naprimer, dostatochno bol'shoi masse) nachinaet katastroficheski szhimat'sya, tak kak vnutrennee davlenie uzhe ne v sostoyanii protivodeistvovat' stremyasheisya sblizit' vse obrazuyushie yadro chasticy sile gravitacii. Eto yavlenie nazyvaetsya "gravitacionnyi kollaps". Lishennye podderzhki naruzhnye sloi zvezdy-giganta kak by "ruhnut" na prodolzhayushee szhimat'sya yadro zvezdy. Posle togo, kak yadro perestanet szhimat'sya, obrazuya sverhplotnuyu konfiguraciyu neitronnoi zvezdy, padayushie naruzhnye sloi udaryatsya o nego, prichem proizoidet mgnovennyi razogrev veshestva. Po etoi prichine iznutri naruzhu poidet sil'naya udarnaya volna. Vyhodya naruzhu, ona budet razogrevat' holodnuyu vneshnyuyu obolochku krasnogo giganta i "sorvet" ee samye vneshnie sloi.

V sluchae sverhnovyh I tipa takzhe imeet mesto katastroficheskoe szhatie zvezdy. Takoe szhatie mozhet nachat'sya pri masse zvezdy - raznovidnosti belogo karlika, - prevyshayushei nekotoroe kriticheskoe znachenie (tak nazyvaemyi "chandrasekarovskii predel", kotoryi blizok k 1,4 solnechnoi massy). Kak zhe mozhno predstavit' obrazovanie belogo karlika s massoi, prevyshayushei kriticheskuyu? Zdes' imeyutsya po krainei mere dve vozmozhnosti.

Analiziruya problemu vspyshek sverhnovyh v ellipticheskih galaktikah, issledovateli uzhe davno stolknulis' s odnoi trudnost'yu. Delo v tom, chto za bolee chem 10 milliardov let evolyucii zvezd v takih galaktikah tam uspeli proevolyucionirovat' vse zvezdy s massoi, prevyshayushei odnu solnechnuyu, v to vremya kak process zvezdoobrazovaniya v etih galaktikah iz-za prakticheskogo otsutstviya mezhzvezdnoi sredy davno prekratilsya. Mezhdu tem vzryvat'sya kak sverhnovaya I tipa mozhet tol'ko ob'ekt s massoi, prevyshayushei 1,4 solnechnuyu. Eta trudnost' snimaetsya ostroumnym predpolozheniem, chto zvezdy, vspyhivayushie v ellipticheskih galaktikah kak sverhnovye, vsegda nahodyatsya v dvoinyh sistemah. Predpolagaetsya, chto v takih sistemah bolee massivnyi komponent davno uzhe proevolyucioniroval, prevrativshis' v belogo karlika. Mezhdu tem, vtoroi, menee massivnyi komponent stal "shodit'" s glavnoi posledovatel'nosti, prevrashayas' v krasnogo giganta uzhe v sovremennuyu epohu. Kogda on v processe takogo "razbuhaniya" dostigaet nekotorogo kriticheskogo radiusa, nachnetsya peretekanie ego naruzhnyh sloev na davno uzhe proevolyucionirovavshii pervyi komponent - belyi karlik. Pri etom massa poslednego prevysit kriticheskoe znachenie, posle chego nastupit gravitacionnyi kollaps i soputstvuyushaya emu vspyshka sverhnovoi I tipa. Hotya eta gipoteza stalkivaetsya s izvestnymi trudnostyami, vryad li mozhno predstavit' sebe drugoi kakoi-nibud' mehanizm, sposobnyi ob'yasnit' vspyshku sverhnovyh v ellipticheskih galaktikah. Ochevidno, etot mehanizm deistvuet i v spiral'nyh galaktikah, no yavlyaetsya li on tam edinstvenno vozmozhnym?

Drugoi mehanizm obrazovaniya belogo karlika s massoi, prevyshayushei kriticheskuyu, po nashemu mneniyu svyazan s obstoyatel'stvami "rozhdeniya" belyh karlikov putem otdeleniya naruzhnoi obolochki krasnogo giganta, prevrashayusheisya v planetarnuyu tumannost'. Obrazuyushiisya pri etom "promezhutochnyi" kompaktnyi goryachii ob'ekt - yadro planetarnoi tumannosti - budet evolyucionirovat' v belyi karlik. Vpolne vozmozhna takaya situaciya, kogda yadro planetarnoi tumannosti (eto eshe ne belyi karlik!) budet imet' massu, prevyshayushuyu chandrasekarovskii predel. V processe szhatiya i uplotneniya, "na puti" k prevysheniyu v belyi karlik takoi ob'ekt mozhet skollapsirovat'.

To, chto mehanizm "dvoinoi zvezdy" daleko ne vsegda deistvuet v spiral'nyh galaktikah (v chastnosti, v nashei Galaktike), vidno hotya by iz togo, chto na meste vspyshek istoricheskih sverhnovyh 1572 i 1604 gg., prinadlezhashih, kak eto sleduet iz ih krivyh bleska, k I tipu, net zvezd-subgigantov - komponent dvoinyh sistem, v kotorye vhodili vzorvavshiesya zvezdy. Avtor etoi stat'i, takim obrazom, prihodit k vyvodu, chto 1 - 2% yader planetarnyh tumannostei posle sravnitel'no korotkoi evolyucii vspyhivaet kak sverhnovye I tipa.

Ser'eznuyu problemu predstavlyaet ob'yasnenie zaklyuchitel'noi, "eksponencial'noi" chasti krivyh bleska sverhnovyh I tipa. Eshe v 1956 g. gruppa amerikanskih astronomov vyskazala gipotezu, chto osnovnym istochnikom energii na pozdnei stadii vspyshki sverhnovyh I tipa mozhet byt' radioaktivnoe delenie sverhtyazhelyh transuranovyh yader kaliforniya-256. Etot element byl vybral prosto potomu, chto ego period poluraspada blizok k pokazatelyu eksponenty krivyh bleska t. Nepreodolimoi trudnost'yu, stavshei na puti etoi gipotezy, yavlyaetsya nedopustimo bol'shoe kolichestvo ekzoticheskogo kaliforniya, obrazovanie kotorogo nuzhno dopustit' pri vzryve sverhnovyh I tipa.

V poslednie gody poyavilis' bolee realisticheskie modifikacii gipotezy "kaliforniya-256". Naibolee perspektivnoi predstavlyaetsya gipoteza ob obrazovanii vo vremya vspyshki sverhnovyh I tipa bol'shogo kolichestva ( » massy Solnca) radioaktivnogo izotopa nikel'-56. Poslednii, raspadayas' s periodom okolo 6 dnei, dast radioaktivnyi izotop kobal't-56, kotoryi, v svoyu ochered' raspadayas' s periodom 88 dnei, perehodit v stabil'nyi izotop zhelezo-56, prichem pri kazhdom akte raspada voznikayut g-kvanty s energiei » 1 megavol't. Zdes' my stalkivaemsya s trudnost'yu: spustya neskol'ko mesyacev posle vspyshki, rasshirivshayasya i, sledovatel'no, stavshaya menee plotnoi obolochka budet prozrachna dlya zhestkih g-kvantov i, sledovatel'no, perestanet pri pogloshenii "usvaivat'" ih. Vozmozhno, odnako, chto etu trudnost' udastsya preodolet', esli prinyat' vo vnimanie, chto pri radioaktivnom raspade kobal'ta-56 obrazuyutsya naryadu s g-kvantami pozitrony, kotorye vpolne mogut pogloshat'sya obolochkoi. Znachitel'no bolee ser'eznoi trudnost'yu yavlyaetsya otsutstvie sil'nyh linii ionizovannogo kobal'ta v spektrah sverhnovyh I tipa srazu zhe posle maksimuma. Ved' esli "radioaktivnaya" gipoteza spravedliva, kobal'ta v obolochkah dolzhno byt' ochen' mnogo, v tysyachi raz bol'she, chem kal'ciya, kotoryi dast ves'ma zametnye linii poglosheniya vo vseh spektrah sverhnovyh I tipa.

Odnako neskol'ko let tomu nazad neozhidanno poyavilsya dovol'no sil'nyi argument v pol'zu "nikelevoi" modifikacii radioaktivnoi gipotezy. Vyyasnilos', chto spektr sverhnovoi 1972 g., vspyhnuvshii v NGS5253 (kotoryi issledovan luchshe drugih), na zaklyuchitel'noi stadii svoego razvitiya sostoit tol'ko iz shirokih polos izlucheniya. Eti polosy udalos' otozhdestvit' s liniyami ionizovannogo zheleza. Iz analiza intensivnosti ukazannyh polos mozhno sdelat' vyvod, chto zhelezo - naibolee obil'nyi himicheskii element v obolochke: ego massa sostavlyaet neskol'ko desyatyh solnechnoi. Vse zhe okonchatel'noe torzhestvo "radioaktivnoi" gipotezy eshe ne nastupilo. S nei konkuriruet drugaya gipoteza, soglasno kotoroi istochnikom "nakachki" energii v obolochku sverhnovoi I tipa yavlyaetsya bystro vrashayushayasya, sil'no namagnichennaya zvezda - konechnyi produkt gravitacionnogo kollapsa (sm.nizhe).

Takim obrazom, ryad vazhnyh voprosov, svyazannyh s prichinami i harakterom vzryvov zvezd, vse eshe ostaetsya bez otveta. Progress v etoi vazhnoi oblasti astronomii opredelyaetsya sushestvuyushimi nablyudatel'nymi dannymi, kasayushimisya razlichnyh aspektov yavleniya vspyshki sverhnovoi.

Do sih por my ogranichivalis' informaciei, poluchennoi iz nablyudenii spektrov i bleska vspyhivayushih v drugih galaktikah sverhnovyh zvezd. Odnako uzhe dovol'no davno vyyasnilos', chto sverhnovye, posle togo kak oni "pogasli", t.e. perestali byt' nablyudaemymi, nadolgo ostavlyayut na nebe sledy svoei kratkoi, no ochen' "burnoi" zhizni. Vybroshennye pri vzryvah dovol'no massivnye obolochki, dvizhushiesya s ogromnoi skorost'yu » 10 000 km/s, vzaimodeistvuyut so sredoi, cherez kotoruyu oni prohodyat, sil'neishim obrazom vozmushaya ee. Eto privodit k vozniknoveniyu ryada novyh yavlenii, kotorye ves'ma uspeshno nablyudayutsya astronomami pri pomoshi sovremennyh sredstv. Naryadu s etim, v otdel'nyh sluchayah mozhno nablyudat' i sami dvizhushiesya obolochki, poka oni eshe ne "rastvorilis'" v okruzhayushei mezhzvezdnoi srede. Tak v astronomii voznikla novaya, ochen' vazhnaya i perspektivnaya oblast' issledovanii ostatkov vspyshek sverhnovyh zvezd.

Istoricheski pervym kosmicheskim ob'ektom, kotoryi astronomy otozhdestvlyali s nekogda vspyhnuvshei sverhnovoi, byla znamenitaya Krabovidnaya tumannost'. Podozreniya na etot schet voznikli eshe v 1919 g., kogda bylo obrasheno vnimanie na blizost' koordinat etoi tumannosti i izvestnoi iz starinnyh kitaiskih i yaponskih hronik "zvezdy- gost'i", vspyhnuvshei v 1054 g. v sozvezdii Tel'ca, i v silu svoei bol'shoi yarkosti nablyudavsheisya sred' bela dnya. Odnako tol'ko v 1928 g. velichaishii astronom nashego veka Habbl opredelenno vyskazalsya v pol'zu etogo otozhdestvleniya, kotoroe vskore bylo polnost'yu dokazano. Pomimo sovpadeniya koordinat, reshayushee znachenie imeet analiz sobstvennyh dvizhenii volokon tumannosti. Esli ekstrapolirovat' eti dvizheniya nazad, poluchitsya, chto primerno za 900 let do nashih dnei tumannost', uglovye razmery kotoroi seichas prevyshayut 5 minut dugi ( » 1/3 solnechnogo radiusa), byla "tochkoi", t.e. rasshirenie ee nachalos' v epohu vspyshki nablyudavsheisya kitaicami "zvezdy-gost'i".

V istorii astronomicheskoi nauki Krabovidnaya tumannost' sygrala sovershenno isklyuchitel'nuyu rol'. Nedarom sredi astronomov bytuet shutka, chto sovremennuyu astrofiziku mozhno razdelit' na dve chasti: fiziku Krabovidnoi tumannosti i... vse ostal'noe. Eta tumannost', naprimer, byla pervym otozhdestvlennym kosmicheskim radioistochnikom (ne schitaya Solnca, konechno). Ona zhe byla pervym otozhdestvlennym kosmicheskim rentgenovskim istochnikom. Vnutri nee nahoditsya samyi korotkoperiodicheskii i vo vseh otnosheniyah zamechatel'nyi pul'sar (sm.nizhe). Nakonec, ee opticheskoe svechenie v nepreryvnom spektre imeet sovershenno osobuyu, do togo vremeni nigde v Kosmose ne vstrechavshuyusya prirodu. Ne podlezhit somneniyu, chto Krabovidnaya tumannost' prepodneset astronomam eshe ne odin syurpriz.

Krome yarkogo nepreryvnogo spektra, o kotorom seichas upominalos', Krabovidnaya tumannost' izluchaet eshe spektral'nye linii. Istochnikom etogo izlucheniya yavlyaetsya set' volokon, ohvatyvayushaya centr Krabovidnoi tumannosti i rasshiryayushayasya so skorost'yu, prevyshayushei 1000 km/s. Eti volokna i est' byvshaya obolochka. Himicheskii sostav volokon shoden s himicheskim sostavom solnechnoi atmosfery s toi sushestvennoi raznicei, chto v voloknah otnositel'noe kolichestvo geliya v neskol'ko raz bol'she, chem na Solnce. Vse zhe naibolee obil'nym (po chislu atomov) elementom yavlyaetsya vodorod - obstoyatel'stvo, isklyuchayushee vozmozhnost' otozhdestvlenii sverhnovoi 1054 g. s I tipom. Ves'ma veroyatno, chto eta sverhnovaya hotya i byla ne sovsem tipichnoi, prinadlezhala ko II tipu. V nastoyashee vremya elektromagnitnoe izluchenie s nepreryvnym spektrom ot Krabovidnoi tumannosti ohvatyvaet ogromnyi diapazon ot metrovyh radiovoln do sverhzhestkih kvantov s energiei, prevyshayushei 10¹² elektron-vol't. Dokazano, chto vsyu etu radiaciyu izluchayut zaklyuchennye v Krabovidnoi tumannosti relyativistskie elektrony, dvizhushiesya v magnitnom pole, napryazhennost' kotorogo v tysyachu raz men'she zemnogo. Menee energichnye iz etih elektronov s energiei » 10⁸-10⁹ elektron-vol't izluchayut radiovolny, elektrony s energiei 10¹¹-10¹² eV - vidimyi svet, a eshe bolee energichnye elektrony - rentgenovskie i gamma-kvanty. Izluchaya kvanty pri svoem dvizhenii v magnitnom pole, relyativistskie elektrony teryayut energiyu. Osobenno bystro teryayut energiyu "sverhenergichnye" elektrony, vyzyvayushie opticheskoe i, tem bolee, rentgenovskoe izluchenie Krabovidnoi tumannosti. U takih elektronov vremya zhizni oshutimo men'she vozrasta tumannosti. Poetomu sovershenno neobhodim mehanizm, nepreryvno vozobnovlyayushii eti elektrony, kotorye, buduchi "zaperty" v nei magnitnym polem, ne mogut "vytech'" v okruzhayushee prostranstvo. Chto zhe eto za mehanizm? Okazyvaetsya, chto takim mehanizmom (vernee "mashinoi") yavlyaetsya nahodyashayasya v centre Krabovidnoi tumannosti neitronnaya zvezda, obrazovavshayasya posle vspyshki sverhnovoi 1054 g.

Uzhe davno v central'noi chasti Krabovidnoi tumannosti astronomy nablyudali dve blizko raspolozhennye drug k drugu slabye zvezdochki 16-i velichiny. I vot okazalos', chto yuzhnaya iz etih zvezd - otnyud' ne obychnaya zvezda, a nechto sovershenno osobennoe! Eto stalo yasno tol'ko v 1969 g., spustya god s nebol'shim posle odnogo iz velichaishih otkrytii v astronomii HH veka - otkrytiya pul'sarov. Poslednie byli obnaruzheny na Kembridzhskom radioteleskope sovershenno sluchaino i ih priroda byla ponyata tol'ko spustya neskol'ko mesyacev. Nablyudalis' strogo periodicheskie radioimpul'sy, prichem periody byli poryadka sekundy. Okazalos', chto eti impul'sy izluchayutsya sil'no namagnichennymi (napryazhennost' polya » 10¹² ersted!) ob'ektami nichtozhno malyh razmerov ( » 10 km). Tak byli otkryty neitronnye zvezdy, sushestvovanie kotoryh bylo predskazano astronomami eshe v 1934 g., kogda byla vyskazana gipoteza, chto v processe vspyshki sverhnovoi bolee ili menee obychnaya zvezda prevrashaetsya v neitronnuyu. V posleduyushie gody vidnymi teoretikami byli vypolneny raschety struktury neitronnyh zvezd. Stanovilos' vse bolee yasnym, chto neitronnye zvezdy naryadu s belymi karlikami imeyut fundamental'noe znachenie dlya zvezdnoi evolyucii, predstavlyaya soboi ee konechnye stadii. Tem bolee "obidno" bylo, chto nikakih shansov nablyudat' real'nye neitronnye zvezdy na gorizonte astronomicheskoi nauki ne bylo. Naprimer, iz-za svoih nichtozhnyh razmerov oni nikak ne mogut byt' istochnikami nablyudaemogo opticheskogo izlucheniya. I vdrug ih otkryli i pritom samym neozhidannym obrazom! Ved' niotkuda zhe ne sledovalo, chto neitronnye zvezdy mogut byt' istochnikami moshnogo radioizlucheniya i pritom - napravlennogo, podobno prozhektornomu luchu! Zametim, chto i seichas, spustya 15 let posle otkrytiya pul'sarov, priroda ih radioizlucheniya ne yasna. Tak chto otkrytie pul'sarov dlya astronomov deistvitel'no yavilos' "podarkom".

Vskore posle otkrytiya pervyh chetyreh ("kembridzhskih") pul'sarov byl otkryt pul'sar v Krabovidnoi tumannosti. Do etogo on, chto nazyvayutsya, "stuchalsya v dveri" (to-bish', v radioteleskopy) astronomov, kotorye eshe v nachale shestidesyatyh godov obnaruzhili v central'noi chasti Krabovidnoi tumannosti peremennyi radioistochnik malyh uglovyh razmerov, osobenno intensivnyi na nizkih chastotah. Izmerennyi period pul'sara v Krabovidnoi tumannosti (ravnyi periodu vrasheniya sootvetstvuyushei neitronnoi zvezdy), okazalsya rekordno malym - 0,033 sekundy. Dal'neishie izmereniya pokazali, chto etot period vse vremya rastet, t.e. vrashenie neitronnoi zvezdy zamedlyaetsya. Chto zhe ee tormozit? Okazyvaetsya, sobstvennoe ves'ma dlinnovolnovoe izluchenie, vyzvannoe tem, chto neitronnaya zvezda sil'no namagnichena. Eta nepreryvno teryaemaya neitronnoi zvezdoi kineticheskaya energiya vrasheniya v konechnom itoge, cherez posredstvo magnitnogo polya, perehodit v energiyu relyativistskih elektronov. Takim obrazom "inzhektorom" relyativistskih elektronov v Krabovidnoi tumannosti yavlyaetsya nahodyashiisya vnutri nee pul'sar. Esli by pul'sar "vyklyuchilsya" (naprimer, ostanovilos' by ego vrashenie), cherez neskol'ko mesyacev prekratilos' by zhestkoe rentgenovskoe izluchenie Krabovidnoi tumannosti, cherez sotnyu let konchilos' by ee opticheskoe izluchenie i tol'ko radioizluchenie prodolzhalos' by do teh por, poka tumannost' okonchatel'no ne rasseyalas' by.

Pul'sar v Krabovidnoi tumannosti zamechatelen eshe tem, chto on izluchaet ne tol'ko radiovolny (kak ostal'nye pul'sary), no i opticheskie, a takzhe rentgenovskie kvanty. V chastnosti, opticheskii ob'ekt v centre Krabovidnoi tumannosti - eto vovse ne zvezda, a pul'sar. Eto dokazyvaetsya nablyudaemoi periodichnost'yu ego opticheskogo izlucheniya, prichem period v tochnosti raven periodu radiopul'sara. Na ris.4 privedena krivaya bleska etogo pul'sara v vidimyh luchah.

Ris.4. "Krivaya bleska" opticheskogo izlucheniya pul'sara v Krabovidnoi tumannosti.

Teper' uzhe s polnym pravom mozhno skazat', chto pul'sary - zvezdnye "ostatki" vspyshek sverhnovyh zvezd. Drugim vidom ostatkov vspyshek yavlyayutsya osobye tumannosti, obrazuyushiesya pri vzaimodeistvii vybroshennyh pri vzryvah zvezd obolochek s mezhzvezdnoi sredoi. Chto kasaetsya pul'sarov, to ih v nastoyashee vremya izvestno okolo 350. Vo vseh sluchayah periody pul'sarov rastut, sledovatel'no, ih vrashenie tormozitsya. Znaya period i skorost' izmeneniya perioda, legko opredelit' vozrast pul'sara.

Tak, vozrast pul'sara v Krabovidnoi tumannosti poluchaetsya okolo 1000 let, chto horosho soglasuetsya s rezul'tatom, poluchaemym pri otozhdestvlenii etoi tumannosti so "zvezdoi-gost'ei" 1054 g. Srednii vozrast pul'sarov poryadka neskol'kih millionov let. Eto namnogo bol'she, chem vozrast svyazannyh s nimi tumannostei, obrazovavshihsya pri vspyshkah. Poslednii ischislyaetsya desyatkami tysyach let. V teh nemnogih sluchayah, kogda "molodoi" pul'sar udachno orientirovan po otnosheniyu k zemnomu nablyudatelyu (t.e. os' ego diagrammy izlucheniya prohodit cherez Zemlyu), mozhno nablyudat' pul'sar v tumannosti. Takoi redkii sluchai nablyudaetsya v Krabovidnoi tumannosti, a takzhe v tumannosti v sozvezdii Parusov. Tam nahoditsya odin iz samyh korotkoperiodicheskih pul'sarov s periodom 0,089 sekundy, vozrast kotorogo (opredelyaemyi po ego tormozheniyu) - okolo 10000 let. On, podobno pul'saru v Krabovidnoi tumannosti, yavlyaetsya istochnikom ochen' slabogo opticheskogo i g-izlucheniya.

Sushestvuet neskol'ko metodov opredeleniya rasstoyanii do pul'sarov, na kotoryh my zdes' ostanavlivat'sya ne budem. Znaya rasstoyaniya i harakter diagrammy radioizlucheniya pul'sarov, mozhno naiti polnoe kolichestvo pul'sarov v Galaktike, kotoroe poryadka sotni tysyach. Pri izvestnom srednem vozraste pul'sarov (sm. vyshe) my poluchaem srednyuyu skorost' rozhdeniya novyh pul'sarov v Galaktike - odin pul'sar kazhdye 20-30 let. Ochevidno, eto est' chastota vspyshek sverhnovyh zvezd v Galaktike. Zametim, chto drugie metody, a takzhe statisticheskii analiz vspyshek v galaktikah raznyh morfologicheskih klassov, dayut dlya chastoty vspyshek sverhnovyh to zhe znachenie. Eta chastota v 20-30 raz men'she chastoty obrazovaniya belyh karlikov - naibolee chasto vstrechayushego "konechnogo" produkta zvezdnoi evolyucii.

Vozrosshaya tochnost' radioastronomicheskih nablyudenii pozvolila v otdel'nyh sluchayah, dlya naibolee blizkih k nam pul'sarov, izmeryat' ih sobstvennye dvizheniya po nebesnoi sfere, ischislyaemye dolyami sekundy dugi v god. Znaya rasstoyaniya do pul'sarov, mozhno v etih sluchayah opredelit' sostavlyayushuyu ih skorosti, perpendikulyarnuyu luchu zreniya. Takim obrazom vyyasnilos', chto bol'shinstvo pul'sarov dvizhetsya v prostranstve so skorost'yu, prevyshayushei 100 km/s, prichem nekotorye imeyut skorosti 200 - 400 km/s. Pri takih skorostyah pul'sary dolzhny byli obrazovyvat' vokrug Galaktiki sfericheskuyu "koronu", chego ne nablyudaetsya. Prichina, po-vidimomu, kroetsya v sravnitel'noi kratkosti radioizluchayushei fazy neitronnyh zvezd. Grubo govorya, poslednie ne uspeli "proiti" Galaktiku, kak perestayut izluchat' radiovolny. Prichina etogo poka ne izvestna, no neskol'ko gipotez na etot schet uzhe imeetsya. Pochemu zhe u pul'sarov takie vysokie skorosti? Skoroe vsego oni priobretayut ih v moment obrazovaniya, t.e. pri vspyshke sverhnovoi zvezdy. Tak kak massa sbroshennoi obolochki sostavlyaet zametnuyu dolyu ( » 30%) massy vzorvavsheisya zvezdy, a skorost' vybrosa dostigaet 10 000 km/s, to dazhe pri nebol'shoi asimmetrii v vybroshennoi obolochke yadro zvezdy, szhimayusheisya v neitronnuyu zvezdu, po zakonu sohraneniya impul'sa priobretaet "skorost' otdachi", prevoshodyashuyu sotni kilometrov v sekundu. Ne predstavlyaet truda ponyat' prichinu sil'noi namagnichennosti neitronnyh zvezd. Ved' pri katastroficheskom szhatii elektroprovodnoi sredy dolzhen sohranyat'sya magnitnyi potok, a eto oznachaet, chto magnitnoe pole budet pri takom szhatii rasti obratno proporcional'no kvadratu radiusa yadra.

Zamechatel'noi osobennost'yu pul'sarov yavlyaetsya to obstoyatel'stvo, chto za redkimi isklyucheniyami oni ne vhodyat v sostav dvoinyh zvezdnyh sistem. Iz 350 izvestnyh pul'sarov tol'ko 3 vhodyat v sostav takih sistem. Mezhdu tem, dvoistvennost' sistemy, kuda vhodit pul'sar, legko byla by obnaruzhena po periodicheskim izmeneniyam perioda, obuslovlennym effektom Doplera. Zametim, chto po krainei mere 30% vseh zvezd Galaktiki vhodyat v sostav kratnyh (prezhde vsego - dvoinyh) sistem.

Otsutstvie kratnosti, po-vidimomu, chastichno ob'yasnyaetsya bol'shimi skorostyami, kotorye priobretayut pul'sary v moment svoego obrazovaniya. Eto mozhet privesti k razryvu zvezdnoi pary, esli skorosti pul'sarov prevyshayut parabolicheskuyu. Vse zhe, tesnye pary takim sposobom razorvat' nel'zya. Po-vidimomu, otsutstvie dvoistvennosti pul'sarov otrazhaet tot fakt, chto bol'shinstvo sverhnovyh, vspyhivayushih v nashei Galaktike, do vspyshki byli odinochnymi zvezdami (sm. vyshe).

Pereidem teper' k drugomu vidu ostatkov vspyshek sverhnovyh - osobomu tipu tumannostei, obrazuyushihsya pri vzaimodeistvii vybroshennyh pri vzryve obolochek s mezhzvezdnoi sredoi. Prezhde vsego, vse takie tumannosti yavlyayutsya dovol'no moshnymi istochnikami radioizlucheniya, a takzhe myagkogo rentgenovskogo izlucheniya. Mehanizm radioizlucheniya - takoi zhe kak v Krabovidnoi tumannosti. Chasto etot mehanizm nazyvaetsya "sinhrotronnym", tak kak on nablyudaetsya v uskoritelyah i v nastoyashee vremya shiroko ispol'zuetsya v eksperimental'noi fizike. Razlichayut dva tipa "radiotumannostei" - ostatkov vspyshek sverhnovyh.

Pervyi tip radiotumannostei, k kotoromu prinadlezhit podavlyayushee ih bol'shinstvo, imeet yavno vyrazhennuyu obolochechnuyu strukturu. Obolochechnuyu zhe strukturu imeyut i rentgenovskie istochniki, svyazannye s takimi ostatkami, a takzhe chasto vstrechayushiesya v takih ob'ektah nablyudaemye v opticheskie teleskopy volokna (inogda dazhe niti), izluchayushie razlichnye linii. V centre takoi obolochki sleduet predstavit' sebe vspyhnuvshuyu zvezdu. Radiusy obolochek obychno poryadka neskol'kih desyatkov svetovyh let, skorosti rasshireniya ih ischislyayutsya desyatkami i sotnyami kilometrov v sekundu.

To obstoyatel'stvo, chto obolochechnye ostatki vspyshek yavlyayutsya istochnikami myagkogo rentgenovskogo izlucheniya, oznachaet, chto tam imeetsya ves'ma goryachaya plazma, nagretaya do temperatury v desyatki millionov gradusov. Pryamym dokazatel'stvom spravedlivosti etogo pred- polozheniya yavlyaetsya nalichie v rentgenovskih spektrah takih ob'ektov linii vysokoionizovannyh elementov, naprimer, dvadcatipyatikratno ionizovannogo zheleza Fe XXV.

Goryachaya plazma v okrestnostyah vspyhnuvshei zvezdy obrazuetsya v rezul'tate rasprostraneniya sil'noi udarnoi volny v mezhzvezdnoi srede, vyzvannoi bystro dvizhusheisya obolochkoi sverhnovoi. Pervoe vremya, poka takaya obolochka, deistvuyushaya na okruzhayushuyu mezhzvezdnuyu sredu, kak porshen', eshe ne "nagrebla" dostatochnoe kolichestvo massy, ona dvizhetsya bez tormozheniya, sohranyaya svoyu "individual'nost'". Odnako, spustya sotni let, kogda massa "nagrebennogo" gaza uzhe znachitel'no prevzoidet massu obolochki, obolochka teryaet svoyu "individual'nost'", polnost'yu rastvoryaetsya v okruzhayushei srede, i my nablyudaem tol'ko rasprostranenie bolee ili menee sfericheskoi sil'noi udarnoi volny. Process nosit adiabaticheskii harakter. Eto oznachaet, chto pervichnaya kineticheskaya energiya obolochki E=Mn²/2 raspredelyaetsya v vide teplovoi energii chastic, nahodyashihsya za frontom udarnoi volny, prichem kolichestvo izluchennoi energii prenebrezhimo malo. Po mere rasprostraneniya takoi volny v srede, rastet kolichestvo chastic za ee frontom. Sledovatel'no, umen'shaetsya kineticheskaya energiya, prihodyashayasya na odnu chasticu, t.e. temperatura. Matematicheski process opisyvaetsya formulami L.I.Sedova

gde R₂ - radius udarnoi volny, r₂ plotnost' sredy za granicei fronta, r₁ plotnost' v nevozmushennoi srede, k- postoyannaya Bol'cmana. Avtor etoi stat'i okolo 20 let tomu nazad primenil etu teoriyu k probleme sverhnovyh i na ee osnove vpervye predskazal neobhodimost' rentgenovskogo izlucheniya ot goryachei plazmy, obrazuyusheisya za frontom volny. Po nashim ocenkam velichina energii obolochek E » 3 ×10⁵⁰ erg, otkuda sleduet, chto pri skorosti » 10000 km/s ee massa M » 0,3 solnechnoi. V nastoyashee vremya eta teoriya poluchila znachitel'noe razvitie i sluzhit osnovoi pri analize dannyh o rentgenovskom izluchenii ostatkov vspyshek sverhnovyh.

Naryadu s "obolochechnymi" ostatkami vspyshek nablyudayutsya takzhe ostatki s koncentraciei yarkosti k centru. Tipichnym predstavitelem etogo klassa yavlyaetsya Krabovidnaya tumannost'. V nastoyashee vremya izvestno okolo 10 takih ostatkov vspyshek sverhnovyh, poluchivshih nazvanie "plerionov". Vstrechayutsya i ostatki, predstavlyayushie soboi pleriony, okruzhennye obolochkoi. Pleriony otlichayutsya ot obolochechnyh istochnikov svoim radiospektrom, a takzhe znachitel'noi stepen'yu polyarizacii ih sinhrotronnogo radioizlucheniya, chto ukazyvaet na sravnitel'nuyu odnorodnost' magnitnogo polya. Osnovnym istochnikom energii plerionov yavlyaetsya raspolozhennyi vnutri nih pul'sar. Horoshim tomu primerom yavlyaetsya rassmotrennaya vyshe Krabovidnaya tumannost'. Zametim v etoi svyazi, chto magnitnoe pole v poslednei, tak zhe kak i v drugih plerionah, obuslovleno aktivnost'yu pul'sarov.

Avtor etoi stat'i schitaet, chto pleriony - eto ostatki vspyshek sverhnovyh II tipa, mezhdu tem kak vspyshki sverhnovyh I tipa porozhdayut tol'ko obolochechnye ostatki. Sleduet, odnako, imet' v vidu, chto ostatki sverhnovyh II tipa takzhe naryadu s central'nym plerionom mogut imet' obolochku. S techeniem vremeni plerion mozhet "pogasnut'" (t.e. sil'no umen'shit' moshnost' svoego radioizlucheniya), mezhdu tem obolochka ostanetsya. Takie starye ostatki vspyshek sverhnovyh II tipa ne budut otlichat'sya ot ostatkov vspyshek sverhnovyh I tipa.

Mozhno seichas schitat' dokazannym, chto posle vspyshek sverhnovyh II tipa obrazuyutsya neitronnye zvezdy - pul'sary. Obrazuyutsya li posle vspyshek sverhnovyh I tipa neitronnye zvezdy? Na etot prostoi vopros odnoznachnogo otveta net. Nekotorye teoretiki schitayut, chto pri vzryve sverhnovyh I tipa belyi karlik polnost'yu razrushaetsya, a ego veshestvo rasseivaetsya v okruzhayushem prostranstve. V pol'zu etogo vyvoda govorit tot prostoi fakt, chto v centre ostatkov molodyh sverhnovyh I tipa, vspyhnuvshih v 1572 i 1604 gg., ne nablyudayutsya neitronnye zvezdy, hotya metodami rentgenovskoi astronomii oni mogli by byt' obnaruzheny po ih zhestkomu teplovomu izlucheniyu. Odnako eti neitronnye zvezdy mogli sil'no ohladit'sya za neskol'ko sot let i ne izluchat' dostatochno dlya nablyudenii kolichestva zhestkoi radiacii. Vse zhe, po mneniyu ryada specialistov, posle vspyshek sverhnovyh I tipa takzhe obrazuyutsya neitronnye zvezdy.

Aktivnost' etih neitronnyh zvezd mozhet ob'yasnit' "eksponencial'nuyu" chast' krivoi bleska sverhnovyh I tipa. V nekotoryh otnosheniyah eta gipoteza imeet preimushestva pered "radioaktivnoi" gipotezoi. Odnim iz argumentov v pol'zu obrazovaniya neitronnyh zvezd posle vspyshek sverhnovyh I tipa yavlyaetsya sravnitel'no malaya massa ih obolochek - vsego lish' » M a massa vzorvavshegosya belogo karlika dolzhna prevyshat' kriticheskoe znachenie 1,4M

My ne zatronuli bol'shoe kolichestvo problem, svyazannyh s vspyshkami sverhnovyh zvezd. Naprimer, ves'ma interesen krug voprosov, otnosyashihsya k vspyshkam sverhnovyh zvezd v dvoinyh sistemah. V rezul'tate takih vspyshek v kratnyh sistemah obrazuyutsya neitronnye zvezdy, na kotorye s ogromnoi skorost'yu padayut strui gaza. Po etoi prichine vokrug neitronnoi zvezdy obrazuetsya ochen' goryachii plotnyi gazovyi disk, chrezvychaino moshno izluchayushii v rentgenovskom diapazone. Eto - "rentgenovskie pul'sary", issledovanie izlucheniya kotoryh yavlyaetsya odnim iz osnovnyh napravlenii rentgenovskoi astronomii.

Bol'shoi interes predstavlyaet analiz vspyshek sverhnovyh kak glavnogo istochnika kosmicheskih luchei v Galaktike. Na osnove razvitoi v nashei strane teorii sinhrotronnogo izlucheniya mozhno vychislit' soderzhanie relyativistskih chastic v ostatkah. Znaya, s drugoi storony, chastotu vspyshek sverhnovyh, mozhno naiti srednyuyu moshnost' "vpryskivaemyh" v Galaktiku relyativistskih chastic, t.e. "svezhih" kosmicheskih luchei. Okazyvaetsya, chto eto kolichestvo vpolne kompensiruet kolichestvo "gibnushih" pri stolknoveniyah s yadrami mezhzvezdnyh atomov galakticheskih kosmicheskih luchei. Tem samym obespechivaetsya dinamicheskoe ravnovesie kosmicheskih luchei v Galaktike.

Tak zhe interesen vopros o svyazi vspyshek sverhnovyh s processom zvezdoobrazovaniya. Po-vidimomu, process, razrushayushii zvezdy, odnovremenno mozhet stimulirovat' ih obrazovanie. Delo v tom, chto na periferii ostatkov vspyshek mogut uplotnyat'sya oblaka holodnogo mezhzvezdnogo gaza, chto povlechet za soboi ih posleduyushuyu kondensaciyu pod vliyaniem sil vsemirnogo tyagoteniya.

V zaklyuchenie etoi stat'i ostanovimsya eshe na odnom interesnom voprose. Legko pokazat', chto pri szhatii yadra zvezdy do razmerov neitronnoi zvezdy (t.e. do » 10 km) osvobozhdaetsya gravitacionnaya energiya » 3 ×10⁵² erg. Mezhdu tem, polnaya energiya, izluchaemaya sverhnovoi za vse vremya vspyshki, » 10⁵⁰, a kineticheskaya energiya obolochki » 3 ×10⁵⁰ erg. Kuda zhe devaetsya 99% osvobodivsheisya gravitacionnoi energii? V kakuyu formu ona prevrashaetsya? Okazyvaetsya, ona prevrashaetsya v neitrino, kotorye svobodno pokidayut nedra vzorvavsheisya zvezdy. Raschety pokazyvayut, chto dlitel'nost' takoi "neitrinnoi vspyshki", soputstvovavshei vzryvu zvezdy i unosyashei » 99% osvobodivsheisya energii, vsego lish' okolo sekundy. Sredstva sovremennoi fiziki pozvolyayut obnaruzhit' takie neitrinnye vspleski, dazhe esli oni sluchayutsya pri vspyshkah sverhnovyh daleko za predelami nashei Galaktiki. Ostaetsya nadeyat'sya, chto eti vspleski budut skoro obnaruzheny.

("Zemlya i Vselennaya", 1981, NN 4 i 5.)

Ot redaktorov

23 fevralya 1987 g. proizoshlo astronomicheskoe sobytie chrezvychainoi vazhnosti - vspyhnula Sverhnovaya v Bol'shom Magelanovom Oblake. Eta sverhnovaya, poluchivshaya "imya" SN 1987a, zasluzhenno stalo "ob'ektom nomer odin" segodnyashnei astrofiziki. Vpervye za poslednie tri stoletiya nablyudalas' stol' blizkaya sverhnovaya, vpervye ona byla vidna nevooruzhennym glazom, vpervye izvestno, kak imenno zvezda vzorvalas'! Za neskol'ko chasov do opticheskoi vspyshki byli zaregistrirovany neitrinnye sobytiya - vzryv SN 1987a yavilsya vtorym, krome Solnca, izvestnym istochnikom neitrinnogo izlucheniya. Bol'shinstvo astronomov privyklo schitat' vremya tysyachami - millionami let. Pri nablyudenii Sverhnovoi SN 1987a edinicami scheta vremeni stali doli sutok.

Blizkuyu vspyshku sverhnovoi zhdali uzhe davno, poslednyaya yarkaya sverhnovaya v nashei Galaktike byla zaregistrirovana v 1604 g., i nauka ostro nuzhdalas' v proverke dannyh putem pryamyh nablyudenii blizkoi i yarkoi sverhnovoi zvezdy. Govorit' o tom, chto dala v etom otnoshenii SN 1987a, poka rano, no uzhe seichas yasno, chto fenomen sverhnovoi gorazdo bogache nashih predstavlenii o nem.

V spektre SN 1987a vblizi maksimuma nablyudalis' sil'nye linii vodoroda, t.e. vspyshka otnositsya k tipu SNII, no krivaya bleska na rannei stadii otlichalas' i ot predskazanii teorii i ot yavlenii drugih SNII. Vspyhnula zvezda goluboi sverhgigant klassa VZ I, hotya do sih por schitalos', chto zvezdy etogo klassa ne yavlyayutsya neposredstvennymi predshestvennikami sverhnovyh II tipa. Spektr SN 1987a menyalsya bystree, chem u obychnyh SNII. Radioizluchenie SN 1987a bylo zaregistrirovano neozhidanno rano, ono bylo v sotni raz slabee, chem u drugih radio-sverhnovyh, i perestalo nablyudat'sya cherez neskol'ko dnei posle vspyshki. Bogatuyu informaciyu dayut vneatmosfernye nablyudeniya SN 1987a v ul'trafioletovoi oblasti spektra, v tom chisle s borta sovetskoi observatorii "Astron". V konce avgusta 1987 g. s sovetskogo i yaponskogo kosmicheskih apparatov bylo obnaruzheno neozhidanno sil'noe zhestkoe rentgenovskoe izluchenie SN 1987a, i nablyudeniya v etom diapazone ran'she, chem v drugih, otvetyat na vopros, soprovozhdalos' li yavlenie Sverhnovoi obrazovaniem pul'sara.

Sovremennaya metagalakticheskaya astronomiya i problema aktivnosti yader galaktik

1. Obshie svedeniya o Metagalaktike

Na protyazhenii dolgih vekov razvitiya astronomii predstavleniya lyudei o razmerah okruzhayushego Zemlyu mira preterpeli radikal'nye izmeneniya. Vplot' do pervoi poloviny HVI v. gospodstvovalo osvyashennoe avtoritetom Aristotelya i podderzhivavsheesya hristianskoi cerkov'yu predstavlenie ob isklyuchitel'nom polozhenii Zemli - centra i sredotochiya mirozdaniya. Pravda, eshe v antichnuyu epohu otdel'nye mysliteli usomnilis' v "sredinnom" polozhenii Zemli vo Vselennoi. Pervaya v istorii kul'tury geliocentricheskaya sistema byla vydvinuta eshe Aristarhom Samosskim. Odnako idei Aristarha prakticheski ne okazali vliyaniya na razvitie filosofii i nauki v posleduyushie veka. Okonchatel'noe torzhestvo geliocentricheskoi sistemy mirovozzreniya svyazano s velikim imenem Kopernika, polozhivshego nachalo pervoi revolyucii v astronomii. V tu epohu, odnako, Vselennaya i ee masshtaby ogranichivalis' tol'ko Solnechnoi sistemoi, tochnee - ee samoi vnutrennei chast'yu, ibo Uran i Neptun eshe ne byli otkryty... Predstavleniya o zvezdah i ih prirode prakticheski ne otlichalis' ot Aristotelevyh. Pozhalui, pervyi, kto ponyal chudovishnuyu ogromnost' rasstoyanii do samyh blizkih zvezd po sravneniyu s razmerami Solnechnoi sistemy, byl N'yuton. Odnako istinnym pionerom zvezdnoi astronomii spravedlivo schitayut Gershelya.

V techenie posleduyushih polutora stoletii postepenno byl nakoplen ogromnyi nablyudatel'nyi material o "zvezdnoi" Vselennoi. I hotya eshe v HVIII v. otdel'nye mysliteli vyskazyvali ochen' smelye idei ob "ostrovnoi Vselennoi" (Lambert), t.e. o Vselennoi, sostoyashei iz beskonechnogo kolichestva gigantskih zvezdnyh ansamblei ("ostrovov"), gospodstvovalo predstavlenie, chto vsya Vselennaya sostoit iz zvezd, prichem bolee krupnye strukturnye edinicy v nei otsutstvuyut. Neponyatnoi ostavalas' priroda otkrytyh eshe Gershelem spiral'nyh tumannostei, hotya sredi gipotez, ob'yasnyayushih ih prirodu, byli i bolee ili menee blizkie k sovremennym predstavleniyam. Zametim, odnako, chto v te vremena nekotorye astronomy dazhe Krabovidnuyu tumannost' schitali sostoyashei iz zvezd... Kak i vo vsyakoi drugoi nauke o prirode, v astronomii sleduet otlichat' gipotezy ot dokazannyh faktov.

Vplot' do nachala dvadcatyh godov nashego veka vopros o prirode spiral'nyh tumannostei i samoe glavnoe - o rasstoyaniyah do nih, po sushestvu, ostavalsya otkrytym. Reshit' etot vopros putem umozritel'nyh zaklyuchenii, dazhe samyh ostroumnyh, bylo nevozmozhno. Takoe reshenie mogli dat' tol'ko astronomicheskie nablyudeniya, dlya chego trebovalos' ser'eznoe usovershenstvovanie imevshihsya togda teleskopov. Razreshenie vneshnih rukavov spiral'noi tumannosti Andromedy (ili, kak chashe oboznachayut ee astronomy, M31) na zvezdy naglyadno prodemonstrirovalo vnegalakticheskuyu prirodu etogo ob'ekta. Sredi zvezd, nablyudavshihsya v M31, okazalos' mnogo "staryh znakomyh", naprimer, cefeid, novyh zvezd i dr. Vskore byli razresheny na zvezdy i drugie sravnitel'no blizkie k nam "ostrova Vselennoi" - galaktiki. I v techenie nemnogih let pered astronomami otkrylsya udivitel'nyi mir udalennyh na kolossal'nye rasstoyaniya zvezdnyh agregatov - galaktik. Voznikla metagalakticheskaya astronomiya, v ogromnoi stepeni razdvinuvshaya granicy nablyudaemoi Vselennoi. Odnovremenno vyrisovyvalis' kontury i togo "Ostrova Vselennoi", v kotorom nahoditsya i nasha Solnechnaya sistema. Etot "Ostrov" davno uzhe poluchil nazvanie "Galaktiki" (s bol'shoi bukvy), v to vremya kak dlya vseh ostal'nyh "ostrovov" uderzhalos' nazvanie "galaktiki" (s malen'koi bukvy). Issledovanie nashei Galaktiki okazalos' daleko ne prostoi zadachei, v nekotoryh otnosheniyah dazhe bolee trudnoi, chem issledovanie metagalakticheskih ob'ektov. I vinoyu tomu mezhzvezdnoe pogloshenie sveta, obuslovlennoe malymi pylinkami, delayushee pochti nenablyudaemymi bolee ili menee udalennye ot nas oblasti Galaktiki. V chastnosti, eto pogloshenie skryvaet ot nas oblast' galakticheskogo centra. Vse zhe v predvoennye gody byli polucheny pravil'nye predstavleniya ob osnovnyh svoistvah Galaktiki - ee masse i razmerah. Poslednie ischislyayutsya mnogimi desyatkami tysyach svetovyh let, v to vremya kak massa, priblizitel'no, v sto milliardov raz bol'she solnechnoi. Eta massa na 99% sostoit iz vhodyashih v sostav Galaktiki 10¹² zvezd, preimushestvenno slabyh krasnyh karlikov.

Vydayushayasya rol' v otkrytii i issledovanii Metagalaktiki prinadlezhit zamechatel'nomu amerikanskomu astronomu E.Habblu. Mnogo let on rabotal na velichaishem v te vremena opticheskom teleskope-reflektore s diametrom zerkala 2.5 metra, v osnovnom orientirovannom na metagalakticheskie issledovaniya. Habblu prinadlezhit do sih por prinyataya klassifikaciya galaktik na morfologicheskie tipy: ellipticheskie E, spiral'nye S i nepravil'nye Ir. Eta klassifikaciya igraet takuyu zhe vazhnuyu rol' dlya metagalakticheskoi astronomii, kak znamenitaya diagramma Ressela - Gercshprunga dlya zvezdnoi.

Eshe Slaifer do otkrytiya Metagalaktiki obnaruzhil, chto linii poglosheniya v spektrah spiral'nyh tumannostei sistematicheski smesheny v krasnuyu storonu po sravneniyu s laboratornymi standartami. Eto udivitel'noe yavlenie so vsei tshatel'nost'yu na bol'shom materiale issledoval Habbl, kotoryi obnaruzhil v etom smeshenii zamechatel'nuyu zakonomernost': ono tem bol'she, chem bol'she udalena ot nas sootvetstvuyushaya tumannost', a tochnee govorya - galaktika. Tak vpervye bylo obnaruzheno rasshirenie Vselennoi, vyvedennoe teoreticheski sovetskim matematikom A.A.Fridmanom za neskol'ko let do etogo iz analiza uravnenii relyativistskoi kosmologii Einshteina. Otkrytie rasshireniya Vselennoi sleduet otnesti k chislu velichaishih otkrytii nauki za vse veka ee sushestvovaniya.

Chto oznachaet takoe rasshirenie? Kak ego sleduet predstavlyat'? Proshe vsego rasshirenie Vselennoi nado ponimat' kak razlet galaktik (tochnee, skoplenii galaktik), privodyashii k nepreryvnomu uvelicheniyu rasstoyaniya mezhdu nimi. Pri etom razmery samih galaktik prakticheski ne menyayutsya, tak kak oni predstavlyayut soboi sistemu ob'ektov (zvezd, tumannostei), gravitacionno svyazannyh. Takim obrazom, masshtaby Vselennoi nepreryvno menyayutsya. Vazhneishii smysl zakona rasshireniya Vselennoi Habbla sostoit v tom, chto on utverzhdaet konechnost' vremeni sushestvovaniya Vselennoi. Skorost' rasshireniya Vselennoi opredelyaetsya iz astronomicheskih nablyudenii. Odnako dlya ee opredeleniya nuzhno znat' po vozmozhnosti tochnoe rasstoyanie do galaktik s izmerennym krasnym smesheniem spektral'nyh linii, a eto daleko ne prostaya zadacha. Poetomu velichina etogo rasshireniya, opredelyaemogo tak nazyvaemoi "postoyannoi Habbla" izmeryaemoi v edinicah km/(s × megaparsek) ) izvestna s tochnost'yu v neskol'ko desyatkov procentov. Ee znachenie blizko k 70(km/(s × megaparsek) ). Eto oznachayut, chto dve galaktiki, udalennye odna ot drugoi na rasstoyanie v 1 million parsek (t.e. 3,2 milliona svetovyh let - "chut'" podal'she, chem blizkaya k nam M31, do kotoroi rasstoyanie » 0,7 megaparseka), tol'ko iz-za krasnogo smesheniya udalyayutsya drug ot druga so skorost'yu 70 km/s. Zametim, chto na obshee rasshirenie Vselennoi nakladyvayutsya besporyadochnye skorosti otdel'nyh galaktik, dostigayushie soten kilometrov v sekundu i dazhe bol'she. Poetomu blizkie galaktiki, u kotoryh otnositel'naya skorost' udaleniya, obuslovlennaya krasnym smesheniem, sravnitel'no mala, mogut dazhe sblizhat'sya. Imenno takoi sluchai nablyudaetsya u nashei "blizhaishei sosedki" M31. Odnako dlya galaktik, udalennyh na rasstoyanie, prevyshayushee 10 megaparsek, skorost' razleta, obuslovlennaya rasshireniem Vselennoi, vsegda prevyshaet besporyadochnuyu (ili, kak govoryat, "pekulyarnuyu") skorost' ih "sluchainyh" dvizhenii. Iz nablyudaemogo krasnogo smesheniya galaktik bylo by neverno delat' vyvod o kakom-to "vydelennom" central'nom polozhenii nashei Galaktiki, po otnosheniyu k kotoroi vse galaktiki udalyayutsya. Legko ponyat', chto takuyu zhe kartinu odnorodnogo rasshireniya mozhno nablyudat' iz lyuboi tochki Vselennoi (analogiya: rasstoyanie mezhdu dvumya lyubymi tochkami na razduvayusheisya rezinovoi kamere vsegda rastet).

Znaya postoyannuyu Habbla, opredelyayushuyu skorost' rasshireniya Vselennoi, mozhno pri raznyh predpolozheniyah o srednei plotnosti Vselennoi opredelit' ee vozrast. Etot vozrast okazyvaetsya blizkim k 15 - 20 milliardam let. Mnogo li eto ili malo? Smotrya, s chem sravnivat'. Obychnye, "chelovecheskie sroki", konechno, na mnogo poryadkov men'she vozrasta Vselennoi. No, s drugoi storony, vozrast Solnca i Solnechnoi sistemy, kotoryi seichas opredelyaetsya dovol'no uverenno, blizok k 5 milliardam let, chto uzhe sravnimo s vozrastom Vselennoi.

Nakonec, vozrast Galaktiki zavedomo prevyshaet 10 milliardov let, a skoree vsego otlichaetsya ne bol'she, chem na 10% ot vozrasta Vselennoi. Poetomu my s polnym osnovaniem mozhem skazat', chto v astronomicheskom smysle Vselennaya - molodoi ob'ekt!

Sovershenno ochevidno, chto esli Vselennaya 15 - 20 milliardov let tomu nazad zanimala ves'ma malyi ob'em, to ee fizicheskie svoistva dolzhny byli rezko otlichat'sya ot sovremennyh. Prezhde vsego, srednyaya plotnost' Vselennoi dolzhna byla byt' na mnogo poryadkov bol'she, chem v sovremennuyu epohu. Esli, naprimer, seichas "razmazannaya" po bol'shomu ob'emu (naprimer, vnutri sfery radiusom v neskol'ko sot megaparsek) plotnost' blizka k 10^-31 g/sm³ (chto sootvetstvuet odnomu atomu vodoroda na neskol'ko kubometrov ob'ema), to pri vozraste v desyatki tysyach let, kogda razmery Vselennoi byli v » 1000 raz men'she sovremennyh, ee srednyaya plotnost' byla v milliard raz bol'she i sootvetstvovala neskol'kim sotnyam atomov na kubicheskii santimetr. Esli po men'shei mere 90% veshestva v sovremennoi Vselennoi nahoditsya v nedrah zvezd, iz kotoryh, v osnovnom, sostoit sotnya milliardov obrazuyushih ee galaktik, to v tu otdalennuyu epohu, kak okazyvaetsya, nikakih zvezd i galaktik, ravno kak i himicheskih elementov bolee tyazhelyh, chem vodorod i gelii, ne bylo. Byla tol'ko prosteishaya vodorodno-gelievaya plazma, nagretaya do temperatury » 5000?tiyzzhK. Ee teplovoe izluchenie, sil'neishim obrazom "deformirovannoe" krasnym smesheniem, nablyudaetsya seichas kak "reliktovoe" izluchenie v radiochastotnom diapazone. Otkrytie etogo izlucheniya v 1965 g. bylo principial'no vazhnym etapom v kosmologii, tak kak etim, v chastnosti, byla dokazana evolyuciya veshestva vo Vselennoi ot prostogo k slozhnomu. Posle etogo uzhe nikak nel'zya bylo rassmatrivat' Vselennuyu kak nechto vechno neizmennoe.

Sovremennaya kosmologiya imeet vozmozhnost' putem analiza nablyudatel'nyh dannyh izuchat' i bolee rannie stadii evolyucii Vselennoi, kogda ee vozrast ischislyalsya minutami i dazhe sekundami. Chto kasaetsya teoreticheskoi kosmologii, to ee "ne pugayut" vozrasty Vselennoi poryadka mikrosekund i dazhe 10^-43 s. Poka, odnako, dlya ee zachastuyu ves'ma smelyh postroenii nablyudatel'nyh dannyh eshe net.

V etoi stat'e my budem preimushestvenno govorit' ob epohah razvitiya Vselennoi, hotya i ves'ma udalennyh ot nashei, no kachestvenno ot nee ne otlichayushihsya. Eto oznachaet, chto, kak i seichas, togda osnovnaya chast' veshestva Vselennoi byla sosredotochena v zvezdah, obrazuyushih raznogo tipa galaktiki. Metagalakticheskaya astronomiya nakopila ogromnyi nablyudatel'nyi material, pozvolyayushii sdelat' vyvod, chto bol'shaya chast' galaktik vhodit v sostav strukturnyh edinic bolee vysokogo poryadka - skoplenii galaktik. Drugimi slovami, galaktiki vo Vselennoi raspredeleny ne ravnomerno, a v vide bolee ili menee znachitel'nyh grupp, skoroe vsego svyazannyh siloi vsemirnogo tyagoteniya. Imenno poetomu harakternyi ob'em, v predelah kotorogo mozhno govorit' o srednei ("razmazannoi") plotnosti, dolzhen vklyuchat' dostatochnoe kolichestvo skoplenii galaktik, srednie razmery kotoryh ischislyayutsya megaparsekami.

V kazhdom skoplenii galaktik naschityvaetsya neskol'ko sot (rezhe - neskol'ko tysyach) chlenov. V etom otnoshenii skopleniya galaktik rezko otlichayutsya ot bolee "nizkih" strukturnyh edinic Vselennoi - galaktik, v kazhdoi iz kotoryh naschityvaetsya 10⁹ - 10¹⁴ zvezd. Izucheniyu skoplenii galaktik metagalakticheskaya astronomiya v poslednie gody udelyaet osobennoe vnimanie. Ob etom rech' budet idti nizhe.

2. Radiogalaktiki

Poslevoennye gody oznamenovalis' stremitel'nym razvitiem novoi vetvi astronomii - radioastronomii. Eto razvitie nosilo poistine vzryvnoi harakter. V techenie kakih-nibud' 7 - 8 let (1946 - 1954), po sushestvu, byla otkryta novaya Vselennaya. Vo mnogom etot burnyi period razvitiya astronomii napominal epohu velikih geograficheskih otkrytii. Bolee blizkoi analogiei budet sravnenie s vozniknoveniem i burnym razvitiem kvantovoi mehaniki vo vtoroi polovine dvadcatyh godov nashego stoletiya. Vchera eshe nikomu ne izvestnye otstavnye oficery radiolokacionnoi sluzhby korolevskih voenno-vozdushnyh sil Anglii delali s pomosh'yu ves'ma nesovershennyh eksperimental'nyh sredstv udivitel'nye otkrytiya, znachenie kotoryh stanovilos' yasnym daleko ne srazu.

Tot fakt, chto nekotorye kosmicheskie ob'ekty mogut byt' istochnikami moshnogo radioizlucheniya, sovershenno ne sledoval iz vsei sistemy dovoennoi astrofiziki, baziruyusheisya isklyuchitel'no na opticheskih metodah issledovaniya. Mozhno bylo, konechno, ozhidat' teplovogo izlucheniya ot zvezd i tumannostei v radiodiapazone. I deistvitel'no, spustya neskol'ko let posle nachala razvitiya radioastronomii, teplovoe izluchenie ot ionizovannyh gazovyh tumannostei bylo obnaruzheno. Chto kasaetsya teplovogo izlucheniya ot blizhaishih zvezd, to dazhe v nashi dni, nesmotrya na ogromnoe povyshenie chuvstvitel'nosti sovremennoi radioastronomicheskoi apparatury, ego obnaruzhenie nahoditsya na predele vozmozhnostei. Tot fakt, chto radioizluchenie ot ryada kosmicheskih ob'ektov bylo obnaruzheno na samoi zare razvitiya radioastronomii, oznachaet, chto mehanizm radioizlucheniya nikoim obrazom ne yavlyaetsya teplovym. Na etih udalennyh ob'ektah s ogromnoi effektivnost'yu dolzhny rabotat' prirodnye, estestvennye "antenny". Vyyasnenie prirody etih "antenn" bylo odnim iz krupneishih dostizhenii poslevoennoi teoreticheskoi astrofiziki. Zdes' osobenno veliki zaslugi sovetskih fizikov i astronomov (sm. nizhe).

Datoi otkrytiya kosmicheskih radioistochnikov sleduet schitat' 1946 g., kogda angliiskie issledovateli Hei, Filipps i Parson sovershenno neozhidanno na metrovyh volnah obnaruzhili v sozvezdii Lebedya yarchaishii istochnik, poluchivshii nazvanie "Lebed'-A". Potok radioizlucheniya ot nego na metrovom diapazone vsego lish' v dva raza men'she, chem ot "spokoinogo" Solnca, radioizluchenie kotorogo v to vremya bylo predmetom intensivnyh issledovanii. Cherez dva goda posle etogo nikomu togda neizvestnye avstraliiskie astronomy Bolton i ego kollegi otkryli pri pomoshi novoi interferencionnoi tehniki neskol'ko radioistochnikov, iz kotoryh tri srazu zhe udalos' otozhdestvit' s opticheskimi ob'ektami. Sredi nih - znamenitaya Krabovidnaya tumannost' i dve yarkie, sravnitel'no blizkie k nim galaktiki NGC4486 i NGC5128. Uzhe eti pervye otozhdestvleniya vyyavili dva klassa kosmicheskih ob'ektov, yavlyayushihsya moshnymi istochnikami radioizlucheniya. Vo-pervyh, eto galakticheskie (t.e. sravnitel'no blizkie k nam) ob'ekty, analogichnye Krabovidnoi tumannosti, yavlyayushiesya ostatkami vspyshek sverhnovyh (t.e. vzryvayushihsya) zvezd. Vo-vtoryh, - eto otdel'nye galaktiki, prichem daleko ne vse. Naprimer, potok radioizlucheniya ot blizkoi k nam tumannosti Andromedy, kak pokazali nablyudeniya, vypolnennye cherez neskol'ko let v Anglii, priblizitel'no v desyat' raz men'she, chem ot NGC 4486 (inache oboznachaemoi kak M 87), v to vremya kak potok opticheskogo izlucheniya ot poslednei pochti v sto raz men'she, chem ot tumannosti Andromedy. Tem samym, srazu zhe stalo yasno, chto otnoshenie moshnostei radio i opticheskogo izluchenii menyayutsya dlya raznyh galaktik v ogromnyh predelah. Galaktiki s anomal'no moshnym radioizlucheniem srazu zhe "stihiino" stali nazyvat'sya "radiogalaktikami". Eto nazvanie uderzhalos' i v nashi dni.

Vozrosshaya tochnost' radioastronomicheskih nablyudenii, povyshavshayasya blagodarya shirokomu primeneniyu interferencionnoi metodiki, pozvolila opredelit' koordinaty upomyanutogo vyshe yarchaishego radioistochnika Lebed'-A. Eto dalo vozmozhnost' vydayushimsya amerikanskim astronomam (vyhodcam iz Germanii) Baade i Minkovskomu otozhdestvit' ukazannyi istochnik s ochen' slabym opticheskim ob'ektom 17-i velichiny. Dliny voln spektral'nyh linii etogo istochnika okazalis' znachitel'no smeshennymi. Sootvetstvuyushaya (soglasno effektu Doplera) skorost' po luchu zreniya sostavlyala 16000 km/s, chto yavno ukazyvalo na vnegalakticheskuyu ego prirodu. No togda iz zakona Habbla sleduet, chto etot vnegalakticheskii istochnik udalen ot nas na nepoddayusheesya voobrazheniyu rasstoyanie okolo 250 megaparsek ili primerno v 300 raz dal'she, chem tumannost' Andromedy (M31)! Mezhdu tam, potok radioizlucheniya ot Lebedya-A v sotnyu raz bol'she, chem ot M31! Eto oznachaet, chto moshnost' radioizlucheniya Lebedya-A priblizitel'no v 10 millionov raz bol'she, chem moshnost' radioizlucheniya M31 i raza v 4 prevoshodit moshnost' ego sobstvennogo opticheskogo izlucheniya, kotoroe, v svoyu ochered', prevoshodit moshnost' opticheskogo izlucheniya nashei Galaktiki, prinadlezhashei k chislu galaktik-gigantov. S takim grandioznym yavleniem vo Vselennoi astronomy do etogo vremeni eshe ne stalkivalis'.

Eshe bolee naglyadno moshnost' radioizlucheniya galaktiki Lebed'-A mozhno proillyustrirovat' sleduyushim obrazom. Rasstoyanie do etoi galaktiki okolo 750 millionov svetovyh let, a do Solnca - okolo 8 svetovyh minut. Mezhdu tem, kak uzhe upominalos' vyshe, nablyudaemye na Zemle potoki radioizlucheniya ot oboih etih ob'ektov na metrovyh volnah pochti odinakovy, a ved' potok izlucheniya proporcionalen ego moshnosti i obratno proporcionalen kvadratu rasstoyaniya! Prostoi raschet pokazyvaet, chto moshnost' radioizlucheniya istochnika Lebed'-A v 10²⁸ raz prevoshodit moshnost' solnechnogo radioizlucheniya!

Posle otkrytiya pervyh radiogalaktik proshlo uzhe svyshe 35 let. Za eto vremya chuvstvitel'nost' radioteleskopov (sredi kotoryh imeyutsya giganty s diametrom zerkala 100 m i bol'she) vozrosla v ogromnoi stepeni. Na predele vozmozhnostei na santimetrovyh volnah eti teleskopy mogut obnaruzhit' radiogalaktiki, potok ot kotoryh v million raz men'she, chem ot Lebedya-A. Sootvetstvenno, chislo izvestnyh radiogalaktik vozroslo v ogromnoi stepeni, dostigaya mnogih millionov. Eto, konechno, ne oznachaet, chto vse oni issledovany - ih slishkom mnogo.

Razvitie radiointerferencionnoi tehniki v ogromnoi stepeni povysilo razreshayushuyu sposobnost' radioteleskopov. Pervoe vremya nizkaya razreshayushaya sposobnost' byla osnovnym ih nedostatkom. Eto obstoyatel'stvo, kazalos' by, yavlyalos' neizbezhnym sledstviem bol'shih dlin voln i nevozmozhnosti stroit' priemnye antenny skol' ugodno bol'shogo razmera. Sledstviem etogo nedostatka byla nevozmozhnost' izucheniya struktury dazhe ochen' protyazhennyh (naprimer, s uglovymi razmerami v neskol'ko gradusov) kosmicheskih radioistochnikov. No uzhe v 1953 g. razreshayushaya sposobnost' radiointerferometrov dostigla neskol'kih sekund dugi! Eto otkrylo vozmozhnost' izucheniya struktury samyh yarkih istochnikov. Rezul'taty byli sovershenno neozhidannymi: Lebed'-A okazalsya sostoyashim iz dvuh komponent, simmetrichno raspolozhennyh po obe storony ot opticheskoi galaktiki, s kotoroi on byl otozhdestvlen (ris.1). Uglovoe rasstoyanie mezhdu centrami komponent radioistochnika okolo 90 sekund, chto pri rasstoyanii 750 millionov svetovyh let sootvetstvuet lineinomu rasstoyaniyu mezhdu nimi 300 000 svetovyh let. Lineinye razmery kazhdogo iz komponent Lebedya-A » 100000 svetovyh let.

Ris.1. Radioizofoty galaktiki Lebed' A.

V posleduyushie gody s pomosh'yu bolee sovershennyh radioteleskopov i interferometrov byli vypolneny mnogochislennye issledovaniya struktury drugih radioistochnikov, v chastnosti, radiogalaktik. Okazalos', chto dvoinaya struktura dlya poslednih yavlyaetsya tipichnoi. Tak, naprimer, iz 500 issledovannyh v 1969 g. s dostatochno vysokim uglovym razresheniem radiogalaktik 75% dayut chetkie ukazaniya na nalichie dvoinoi struktury, mezhdu tem kak ostavshiesya 25% pokazyvayut maluyu yarkuyu kondensaciyu (yadro), okruzhennuyu dovol'no protyazhennoi "koronoi" ili "galo". Zametim, odnako, chto znachitel'naya chast' istochnikov, nablyudaemyh kak odinochnye, mogut byt' dvoinymi, no tol'ko orientirovannymi po otnosheniyu k nablyudatelyu svoimi "torcami". Itak, dvoistvennost' metagalakticheskih istochnikov, sochetayushayasya s bolee ili menee simmetrichnym polozheniem komponent po otnosheniyu k opticheskoi galaktike, s kotoroi oni otozhdestvlyayutsya, yavlyaetsya harakternoi osobennost'yu radiogalaktik.

Ris.2. Radioizofoty istochnika, svyazannogo s NGC 5128.

Blizhaishaya k nam radiogalaktika NGC5128, nahodyashayasya v yuzhnom sozvezdii Centavra, udalena ot nas na rasstoyanie okolo 5 megaparsek (t.e. 15 millionov svetovyh let). U etoi sferoidal'noi galaktiki obrashaet na sebya vnimanie shirokaya ekvatorial'naya polosa pogloshayushei svet temnoi pylevoi materii, chto u sferoidal'nyh galaktik nablyudaetsya dovol'no redko. Na ris.2 privedeny "radioizofoty" istochnika, svyazannogo s NGC 5128, dayushie predstavlenie o ego strukture. Srazu vidno, chto etot istochnik sostoit, podobno Lebedyu-A, iz dvuh komponent, centry kotoryh nahodyatsya daleko za predelami opticheskoi galaktiki. Etot istochnik imeet ogromnuyu protyazhennost' - okolo 10^o, sledovatel'no, ego lineinye razmery blizki k odnomu megaparseku ( » 3 milliona svetovyh let). V predelah opticheskoi galaktiki NGC5128 nahoditsya bolee kompaktnyi i znachitel'no bolee yarkii radioistochnik, kotoryi takzhe yavlyaetsya dvoinym. Rasstoyanie mezhdu komponentami etogo istochnika » 5', a uglovye razmery kazhdogo komponenta » 3'. Ves'ma harakterno, chto liniya, soedinyayushaya centry komponent kompaktnogo istochnika, priblizitel'no sovpadaet s os'yu vytyanutosti protyazhennogo istochnika. Nakonec, v samom centre NGC5128 nahoditsya "tochechnyi" istochnik radioizlucheniya, o kotorom rech' budet idti v konce etoi stat'i.

Sleduyushie po blizosti k nam radiogalaktiki NGC4486 i NGC1316 takzhe yavlyayutsya dvoinymi. Osobyi interes predstavlyaet gigantskaya ellipticheskaya galaktika NGC4486, kotoraya v istorii issledovaniya metagalakticheskih ob'ektov sygrala, primerno, takuyu zhe vazhnuyu rol', kak Krabovidnaya tumannost' - dlya issledovaniya galakticheskih ob'ektov. Dal'she my o nei budem govorit' bolee podrobno, a poka obratim vnimanie na sleduyushee vazhnoe obstoyatel'stvo. Kak pokazali issledovaniya, vypolnennye v techenie poslednih primerno 10 let, v samom centre opticheski nablyudaemyh galaktik (obychno - gigantskih sferoidal'nyh zvezdnyh sistem), odnovremenno yavlyayushihsya radiogalaktikami, kak pravilo, nablyudaetsya ves'ma kompaktnyi ("tochechnyi") radioistochnik, inogda obnaruzhivayushii peremennost'. Osobenno horosho etot effekt peremennosti nablyudaetsya u blizhaishei radiogalaktiki NGC5128. Chasto "tochechnyi" istochnik svyazan "mostom" s udalennymi ot centra galaktiki radiokomponentami. Takaya kartina otchetlivo vidna u Lebedya-A (sm. ris.1). Nalichie "aktivnyh" sverhkompaktnyh istochnikov v oblasti yader radiogalaktik i upomyanutyh vyshe "mostov" empiricheski ukazyvaet na to, chto protyazhennye oblaka dvoinogo radioistochnika libo kakim-to obrazom "vybrosheny" iz yadra, libo "pitayutsya" ego aktivnost'yu. Nizhe, na primere NGC4486, my rassmotrim etot vyvod bolee podrobno.

Nikakogo progressa v radioastronomii (v chastnosti, metagalakticheskoi) ne bylo by, esli by ne byl ponyat mehanizm radioizlucheniya kosmicheskih istochnikov. Trudami ryada teoretikov, prezhde vsego - sovetskih, bylo dokazano, chto prichinoi "neteplovogo" radioizlucheniya etih istochnikov yavlyayutsya kosmicheskie luchi (tochnee - elektrony sverhvysokih energii, vhodyashie v sostav kosmicheskih luchei). Takie elektrony ("relyativistskie"), dvigayas' v slabyh magnitnyh polyah, generiruyut radiovolny razlichnyh chastot. Kak sleduet iz teorii, eto izluchenie (nazyvaemoe "sinhrotronnym") sil'no polyarizovano. Byli polucheny formuly, pozvolyayushie po izmerennoi intensivnosti radioizlucheniya naiti plotnost' energii relyativistskih chastic i napryazhennost' magnitnogo polya v istochnikah. Takim obrazom, stalo postepenno proyasnyat'sya, chto protyazhennye komponenty radioizlucheniya istochnikov, svyazannyh s radiogalaktikami, sut' namagnichennye oblaka chrezvychaino razrezhennogo gaza, "nabitye" kosmicheskimi luchami. Obychnoe znachenie napryazhennosti magnitnyh polei v takih istochnikah nahoditsya v predelah 10^-4 - 10^-6 ersted. Pri raschetah, kak pravilo, prinimaetsya, chto v istochnikah plotnost' magnitnoi energii ravna plotnosti energii relyativistskih chastic (t.e. kosmicheskih luchei). Eto estestvennoe uslovie, konechno, ne yavlyaetsya obyazatel'nym, no ono dast minimal'nuyu polnuyu energiyu chastic i polei, zaklyuchennyh v istochnike. Tem bolee interesno, chto eta minimal'naya energiya isklyuchitel'no velika. Naprimer, v takih istochnikah, kak Lebed'-A, polnaya energiya E » 10⁶⁰ erg - velichina isklyuchitel'no bol'shaya. Ona mozhet v neskol'ko raz prevyshat' gravitacionnuyu energiyu svyazi vseh zvezd v gigantskoi radiogalaktike! Pered astronomiei vot uzhe svyshe 20 let stoit osnovnoi vopros: otkuda eta energiya beretsya? Vse govorit o tom, chto energiya generiruyutsya v nichtozhnoi po svoim razmeram (v desyatki raz men'she svetovogo goda!) oblasti yader radiogalaktiki, o chem razgovor budet nizhe.

V bol'shei ili men'shei stepeni radioizluchatel'noi sposobnost'yu obladayut vse galaktiki. Naprimer, pri vzryvah zvezd, nablyudaemyh kak vspyshki sverhnovyh, obrazuetsya dovol'no mnogo relyativistskih chastic. V "normal'nyh" spiral'nyh i nepravil'nyh galaktikah osnovnoi prichinoi radioizlucheniya yavlyayutsya relyativistskie elektrony, obrazuyushiesya pri takih vspyshkah. Mezhdu tem, prichinoi radioizlucheniya radiogalaktik yavlyaetsya moshnaya generaciya relyativistskih chastic v oblasti yader etih galaktik. Eto - ves'ma specificheskii mehanizm, kotoryi nikak nel'zya svesti k bol'shomu kolichestvu vspyshek sverhnovyh (hotya takie popytki v proshlom predprinimalis' otdel'nymi teoretikami).

Sredi spiral'nyh galaktik vot uzhe pochti sorok let vydelyaetsya dovol'no mnogochislennaya ( » 1% ot obshego kolichestva) gruppa tak nazyvaemyh "seifertovskih" galaktik. Eti galaktiki harakterizuyutsya ochen' sil'no razvitymi yadrami, v kotoryh nablyudayutsya yarkie emissionnye linii vodoroda, geliya i rasprostranennyh tyazhelyh elementov, a takzhe yarkii nepreryvnyi spektr. Moshnost' izlucheniya yader seifertovskih galaktik menyaetsya so vremenem, chto ukazyvaet na proishodyashie tam kakie-to grandioznye processy. Drugimi slovami, yadra seifertovskih galaktik pokazyvayut, v otlichie ot yader obychnyh spiralei, vysokuyu aktivnost'. Eti yadra yavlyayutsya istochnikami dovol'no moshnogo radioizlucheniya. Odnako protyazhennyh dvoinyh radioistochnikov, svyazannyh s seifertovskimi galaktikami, nikogda ne nablyudaetsya. Empiricheski mozhno sdelat' vyvod, chto takie radioistochniki, simmetrichno raspolozhennye po obe storony ot galaktiki, obrazuyutsya v ellipticheskih galaktikah, v to vremya kak u spiral'nyh (k kotorym prinadlezhat seifertovskie) vokrug aktivnyh yader obrazuetsya istochnik tipa "yadrogalo". Eto obstoyatel'stvo, veroyatno, imeet glubokii smysl.

3. Kvazary

V 1963 g. amerikanskii astronom gollandskogo proishozhdeniya M.Shmidt sdelal odno iz velichaishih otkrytii v astronomii HH v. Eto otkrytie, odnako imeet svoyu predystoriyu. Okolo 1960 g. nebol'shoe kolichestvo radioistochnikov bylo ochen' nadezhno otozhdestvleno so zvezdami, chto bylo polnoi neozhidannost'yu. Ved' do sih por kosmicheskie radioistochniki otozhdestvlyalis' libo s galaktikami, libo s tumannostyami (naprimer, obrazovavshimisya pri vspyshkah sverhnovyh zvezd). Ozhidaemye potoki radioizluchenii dazhe ot samyh blizkih zvezd dolzhny byt' kraine neznachitel'ny (sm. vyshe). A mezhdu tem otozhdestvlennye so zvezdami radioistochniki byli dovol'no intensivny. Vpolne estestvenno, chto astronomy-optiki srazu zhe zainteresovalis' etimi zvezdami. M. Shmidt poluchil i issledoval spektr takoi dovol'no yarkoi zvezdy 13-i velichiny, otozhdestvlennoi s intensivnym radioistochnikom 3S 273. Etot spektr soderzhal linii izlucheniya, kotorye ponachalu ni s kakimi laboratornymi liniyami otozhdestvit' ne udavalos'. Veliko zhe bylo izumlenie astronomov, kogda Shmidt s polnoi dostovernost'yu otozhdestvil eti linii s osnovnymi liniyami vodoroda serii Bal'mera, dliny voln kotoryh smesheny v krasnuyu storonu na neslyhannuyu v te vremena velichinu, sootvetstvuyushuyu skorosti udaleniya istochnika 42000 km/s! Takaya skorost' udaleniya s bol'shoi veroyatnost'yu oznachaet, chto ob'ekt 3S 273 nahoditsya v Metagalaktike, a nablyudaemoe krasnoe smeshenie spektral'nyh linii obuslovleno rasshireniem Vselennoi. Primenyaya zakon Habbla (sm. vyshe), poluchim rasstoyanie do etogo istochnika okolo 600 megaparsek ili okolo dvuh milliardov svetovyh let. S takimi rasstoyaniyami astronomy eshe togda ne vstrechalis'. Tem bolee udivitel'no, chto nesmotrya na gromadnost' rasstoyaniya, ob'ekt 3S 273 dovol'no yarok. Otsyuda sleduet, chto svetimost' 3S 273 priblizitel'no v sto raz prevyshaet svetimost' nashei Galaktiki, schitayusheisya gigantskoi zvezdnoi sistemoi. S ob'ektami takoi vysokoi svetimosti astronomy togda eshe ne vstrechalis'. Sleduet zametit', chto udivitel'nye svoistva ob'ekta 3S 273 byli otkryty tol'ko blagodarya tomu, chto on okazalsya radioistochnikom. Na nebe imeetsya mnogo tysyach zvezdochek 13-i velichiny, i sredi nih ob'ekt 3S 273, mnogokratno popadavshii v pole zreniya opticheskih teleskopov i dolgie gody reshitel'no nichem ne privlekavshii k sebe vnimaniya. Eto byl daleko ne poslednii sluchai, kogda radioastronomiya igrala rol' "gida", obrashayushego vnimanie na neobychnost' togo ili inogo opticheskogo kosmicheskogo ob'ekta.

Srazu zhe posle vyyasneniya metagalakticheskoi prirody 3S 273 avtor etoi stat'i prishel k paradoksal'nomu vyvodu, chto blesk 3S 273 mozhet menyat'sya so vremenem. Sovetskie astronomy A.S.Sharov i Yu.N.Efremov po nashemu predlozheniyu tshatel'no issledovali starye fotografii neba, na kotorye sluchaino popadal etot ob'ekt. Eti fotografii hranilis' v "steklyannoi biblioteke" Gosudarstvennogo Astronomicheskogo instituta im. Shternberga. Rezul'taty prevzoshli samye smelye ozhidaniya: 3S 273 menyal svoi blesk za neskol'ko let pochti na celuyu zvezdnuyu velichinu, t.e. primerno v 2.5 raza! Vskore eto otkrytie sovetskih uchenyh bylo podtverzhdeno na bolee bogatom nablyudatel'nom materiale v SShA.

Otkrytie peremennosti 3S 273 deistvitel'no bylo paradoksal'nym. Do etogo vremeni peremennost' astronomy obnaruzhivali i izuchali u zvezd raznyh tipov. No ved', kazalos', 3S 373 - eto galaktika, sostoyashaya iz trillionov zvezd, kazhdaya iz kotoryh, konechno, dolzhna izluchat' nezavisimo. Tak chto o peremennosti "sglazhennogo" i usrednennogo po vremeni izlucheniya takogo ogromnogo kolichestva zvezd ne moglo byt' i rechi! I vse zhe peremennost', i pritom znachitel'naya, byla nalico! Iz togo prostogo fakta, chto harakternoe vremya izmeneniya potoka (a, sledovatel'no, svetimosti) bylo okolo 1 goda, s ochevidnost'yu sledovalo, chto lineinye razmery izluchayushei oblasti ne prevyshayut 1 svetovoi god - velichina, nichtozhno malaya dlya galaktik. Otsyuda sledoval vyvod, chto izluchayut ne zvezdy, a chto-to drugoe. V otnoshenii etogo "drugogo" mozhno bylo tol'ko skazat', chto eto ob'ekt, v izvestnoi stepeni blizkii po svoei prirode yadram seifertovskih galaktik, no tol'ko v tysyachi raz moshnee i aktivnee. Kstati, zametim, chto istoricheski peremennost' bleska yader seifertovskih galaktik byla otkryta pozdnee, a samo issledovanie etih galaktik v znachitel'noi stepeni stimulirovalos' issledovaniem ob'ektov, rodstvennyh po svoei prirode 3S 273 i poluchivshih nazvanie "kvazarov" ("kvazi-zvezdnye" ob'ekty).

Kvazary predstavlyayut soboi sovershenno novyi tip kosmicheskih ob'ektov naryadu so zvezdami, galaktikami i tumannostyami. Poetomu otkrytie kvazarov v astronomii bylo vpolne analogichno otkrytiyu novogo tipa zhivotnyh v zoologii. Srazu zhe posle vyyasneniya "kvazarnoi" prirody 3S 273 v astronomii nachalsya "kvazarnyi bum". Za neskol'ko let granicy nablyudaemoi Vselennoi razdvinulis' v ogromnoi stepeni. Okazalos', chto 3S 273 - odin iv samyh blizkih k nam kvazarov. Ochen' skoro byli obnaruzheny takie ob'ekty, u kotoryh iz-za krasnogo smesheniya linii v dovol'no dalekoi ul'trafioletovoi chasti spektra "s'ehali" v vidimuyu oblast'. Sleduet zametit', chto i v spektre 3S 273 nablyudalis' ul'trafioletovye linii ionizovannogo magniya s "laboratornoi" dlinoi volny 0,28 mikrona, kotorye pri otsutstvii krasnogo smesheniya pogloshalis' by sloem ozona v zemnoi atmosfere. No eto - "pochti vidimye" linii. A vot kogda astronomy sperva v sinei, a potom i v zheltoi chasti nablyudaemogo spektra nashli "korolevu astrofiziki" - rezonansnuyu liniyu vodoroda "laiman al'fa", laboratornaya dlina volny kotoroi O,12 mikron, - mozhno bylo tol'ko gluboko vzdohnut'! Ved' eto oznachalo, chto v rezul'tate krasnogo smesheniya dlina volny izlucheniya uvelichilas'... bol'she, chem v chetyre raza! V tu epohu, kogda kvazarom byli izlucheny kvanty, kotorye seichas ulavlivayutsya zemnymi teleskopami, razmery Vselennoi byli v 4 - 4,5 raza men'she, chem seichas, a ee vozrast, priblizitel'no, v 10 raz men'she nyneshnih 15 - 20 milliardov let. Togda zavedomo ne bylo eshe Solnca i Solnechnoi sistemy. Vpolne vozmozhno, chto ne bylo dazhe nashei Galaktiki, a esli ona i byla, to ona sil'neishim obrazom otlichalas' ot toi, kotoruyu astronomy nablyudayut seichas. Kogda predstavish' sebe, chto slaboe pyatnyshko obrazovano na fotograficheskoi plastinke kvantami, do etogo puteshestvovavshimi po Vselennoi 10 - 15 milliardov let, propadaet zhelanie zanimat'sya astronomiei, tak chto luchshe ob etom ne dumat'.

Nuzhno zametit', chto vskore posle otkrytiya kvazarov byli obnaruzheny takoi zhe prirody opticheskie ob'ekty bez priznakov radioizlucheniya. Oni poluchili nazvanie "radiospokoinye" kvazary. Okazalos', chto takih kvazarov vo mnogo desyatkov raz bol'she, chem radioizluchayushih. O vozmozhnoi prichine "radiomolchaniya" kvazarov rech' budet idti v sleduyushem paragrafe.

Osobyi interes predstavlyayut linii poglosheniya, obnaruzhennye v spektrah samyh udalennyh kvazarov, obychno takih, u kotoryh liniya "laiman- al'fa" iz-za krasnogo smesheniya "perepolzaet" v vidimuyu oblast'. Ochen' chasto velichina krasnogo smesheniya, opredelyaemaya po liniyam poglosheniya, znachitel'no men'she, chem po liniyam izlucheniya. Krome togo, v ryade sluchaev nablyudaetsya v spektre odnogo kvazara neskol'ko sistem linii poglosheniya, otlichayushihsya krasnym smesheniem. Skoree vsego eti linii obrazuyutsya "po puti", pri prohozhdenii sveta cherez naruzhnye gazovye sloi bolee blizkih k nam galaktik. Odnako okonchatel'no reshennym etot vopros poka schitat' nel'zya.

Radiostruktura kvazarov vo mnogom napominaet radiogalaktiki, tak chto obychno po odnoi lish' etoi strukture otlichit' kvazary nevozmozhno. Tak zhe, kak i u radiogalaktik, ochen' chasto nablyudayutsya dvoinye radioistochniki, mezhdu kotorymi nahoditsya kompaktnyi, inogda peremennyi, radioistochnik, sovpadayushii po svoim koordinatam so zvezdoobraznym opticheskim ob'ektom - kvazarom. V ochen' redkih sluchayah u samyh blizkih kvazarov okolo zvezdoobraznogo ob'ekta nablyudayutsya ochen' slabye protyazhennye obrazovaniya. Ot kvazara 3S 273 ishodit slabaya struya - vybros protyazhennost'yu okolo 20". Na takom ogromnom rasstoyanii etim uglovym razmeram sootvetstvuet lineinaya protyazhennost' okolo 100 tysyach svetovyh let. Eta struya, pomimo opticheskogo izlucheniya, izluchaet takzhe radiovolny, tak chto kvazar 3S 273 mozhno rassmatrivat' kak dvoinoi radioistochnik. Sleduet zametit', chto analogichnye vybrosy nablyudayutsya takzhe i u nekotoryh radiogalaktik. Osobenno interesen vybros u odnoi iz blizhaishih k nam radiogalaktik, o kotorom rech' budet idti dal'she.

Vazhnym voprosom yavlyaetsya prinadlezhnost' kvazarov k skopleniyam galaktik. Dolgoe vremya nel'zya bylo reshit' vopros v polozhitel'nom smysle. Eto i ponyatno, ved' kvazary izluchayut v sotni raz intensivnee "normal'nyh" galaktik, poetomu poslednie, nahodyashiesya v tom zhe skoplenii, budut slishkom slaby, chtoby izuchat'sya spektroskopicheski. Ved' kriteriem prinadlezhnosti k odnomu skopleniyu yavlyaetsya odinakovoe krasnoe smeshenie u galaktik i kvazarov. Tol'ko dlya nemnogih, sravnitel'no blizkih kvazarov, udalos' obnaruzhit' skopleniya galaktik, v kotoryh oni nahodyatsya.

V nastoyashee vremya izvestno i zaneseno v katalogi svyshe tysyachi kvazarov, chto i pozvolyaet vypolnit' ih statisticheskii analiz. Prezhde vsego, udalos' postroit' "funkciyu svetimosti" kvazarov, t.e. ih raspredelenie po moshnosti izlucheniya. Iz nee sleduet, chto otnositel'noe kolichestvo kvazarov ubyvaet po mere rosta moshnosti ih izlucheniya. Vazhneishim rezul'tatom takih statisticheskih issledovanii yavlyaetsya vyvod o tom, chto na bolee rannih etapah evolyucii Vselennoi, kogda ee razmery byli v 3-5 raz men'she nyneshnih, kvazarov bylo gorazdo bol'she, chem seichas. V tu otdalennuyu epohu kvazarov bylo pochti stol'ko zhe, skol'ko i "normal'nyh" galaktik. Nel'zya isklyuchit' gipotezu, chto togda vse galaktiki byli kvazarami! Etot vazhnyi vyvod, odnako, nuzhdaetsya dlya svoego podtverzhdeniya v novyh nablyudeniyah.

Obrashaet na sebya vnimanie to obstoyatel'stvo, chto kolichestvo kvazarov, nachinaya so znacheniya krasnogo smesheniya, prevoshodyashego nekotoryi predel (sootvetstvuyushii uvelicheniyu dliny volny v 4,5 - 5 raz), rezko padaet. Konechno, nel'zya isklyuchit' chisto instrumental'nuyu prichinu etogo yavleniya, odnako vpolne vozmozhno, chto kvazary s bol'shimi krasnymi smesheniyami prosto otsutstvuyut. Takoe otsutstvie estestvennee vsego ob'yasnit' tem, chto kak raz v etu epohu razvitiya Vselennoi obrazovyvalis' putem kondensacii gaza galaktiki. Do etogo (t.e. pri bol'shom krasnom smeshenii) ni galaktik, ni kvazarov prosto ne bylo. Takoi vyvod, konechno, imel by ochen' bol'shoe znachenie dlya problemy evolyucii Vselennoi, tak kak pozvolil by utochnit' epohu formirovaniya galaktik, a sledovatel'no, i zvezd. Nuzhny, odnako, eshe novye vysokokachestvennye nablyudeniya, chtoby ego podtverdit'.

Vyshe my uzhe govorili o peremennosti opticheskogo izlucheniya kvazarov. Kak krainee proyavlenie takoi peremennosti sleduet upomyanut' o "vspyshke" kvazara 3S 279. V nastoyashee vremya on nablyudaetsya kak slegka peremennaya slabaya zvezdochka 18-i velichiny. Odnako na staryh astronomicheskih fotografiyah dovoennogo vremeni (t.e. zadolgo do otkrytiya kvazarov) etot ob'ekt okazalsya sushestvenno bolee yarkim - pochti 13 velichiny! Eto oznachaet, chto on byl yarche, chem teper', v sotnyu raz! Znaya po krasnomu smesheniyu rasstoyanie 3S 279, mozhno naiti, chto vo vremya "vspyshki" ego svetimost' byla pochti v sotnyu raz bol'she, chem u 3S 273 i v desyat' tysyach raz bol'she, chem u nashei Galaktiki! I pri etom razmery izluchayushei oblasti nichtozhno maly, men'she svetovogo goda. V nastoyashee vremya kvazar 3S 279 schitaetsya samym moshnym "mayakom" Vselennoi. My vidim, chto razbros znachenii svetimostei metagalakticheskih ob'ektov chrezvychaino velik - pochti takoi zhe, kak u zvezd!

Ris.3. Radiospektry kvazarov 3S 279 i 3S 273
v raznye epohi nablyudenii.

Bol'shoe znachenie dlya ponimaniya prirody kvazarov imeyut issledovaniya peremennosti ih radioizlucheniya, osobenno na santimetrovom diapazone. Sama peremennost' byla predstavlena avtorom etoi stat'i eshe v 1965 g., za neskol'ko mesyacev do ee otkrytiya. Pri etom bylo pokazano, chto momenty maksimuma potoka izlucheniya dolzhny menyat'sya zakonomernym obrazom s izmeneniem dliny volny. Tak zhe dolzhen menyat'sya i sam harakter radiospektra (ris.3, gde privedeny rezul'taty nablyudenii spektrov kvazarov v raznye momenty vremeni). Na osnovanii teorii sinhrotronnogo izlucheniya mozhno po izvestnoi chastote, sootvetstvuyushei maksimumu radioizlucheniya, i velichine maksimal'nogo potoka opredelit' uglovye razmery istochnikov radioizlucheniya, kotorye okazyvayutsya poryadka tysyachnyh dolei sekundy dugi. Znaya (po velichine krasnogo smesheniya) rasstoyaniya do kvazarov, mozhno teper' naiti lineinye razmery svyazannyh s nimi kompaktnyh radioistonikov. Ustanovleno, chto ih razmery men'she odnogo svetovogo goda, v soglasii s ocenkami, poluchennymi na osnove analiza peremennosti potoka.

Do sih por my govorili tol'ko o radio- i opticheskom izluchenii kvazarov i radiogalaktik. Mezhdu tem, v poslednee desyatiletie vse bol'shee znachenie priobretaet issledovanie rentgenovskogo izlucheniya etih metagalakticheskih ob'ektov. Vpervye rentgenovskoe izluchenie ot vnegalakticheskogo ob'ekta bylo obnaruzheno eshe v 1971 g. na pervom specializirovannom rentgenovskom sputnike "Uhuru", zalozhivshem osnovy sovremennoi rentgenovskoi astronomii. Etim ob'ektom skazalas' odna iz blizhaishih radiogalaktik NGC 4486. Drugim metagalakticheskim rentgenovskim istochnikom okazalas' yarkaya seifertovskaya galaktika NGC 4151. Ne podlezhit somneniyu, chto izluchaet aktivnoe yadro etoi galaktiki. Vskore byl obnaruzhen slabyi potok rentgenovskogo izlucheniya i ot pervogo otkrytogo kvazara 3S 273, a takzhe ot radiogalaktiki Lebed'-A. Novyi etap v izuchenii vnegalakticheskih rentgenovskih istochnikov nastupil v 1979 g., posle zapuska kosmicheskoi laboratorii imeni Einshteina. Na etoi observatorii chuvstvitel'nost' priemnoi rentgenovskoi apparatury byla v 1000 raz vyshe, chem na "Uhuru", pri ochen' horoshei uglovoi razreshayushei sposobnosti. V rezul'tate okazalos' vozmozhnym osushestvit' massovoe opredelenie rentgenovskogo izlucheniya bol'shogo kolichestva kvazarov, a takzhe seifertovskih galaktik. Krome togo, byl poluchen bol'shoi nablyudatel'nyi material po rentgenovskomu izlucheniyu skoplenii galaktik, predstavlyayushii osobyi interes (sm. dal'she).

Vsego bylo issledovano rentgenovskoe izluchenie bolee chem 100 kvazarov i bol'shogo kolichestva seifertovskih galaktik i skoplenii. Prakticheski vse kvazary yavlyayutsya istochnikami rentgenovskogo izlucheniya, moshnost' kotorogo menyaetsya v shirokih predelah, ot sotyh dolei polnogo izlucheniya nashei Galaktiki ( » 10⁴⁴ erg/s) do znachenii, v tysyachu raz prevoshodyashih polnuyu moshnost' Galaktiki. Kak pravilo, rentgenovskoe izluchenie kvazarov peremenno; eto ukazyvaet (kak v sluchae radioizlucheniya), chto ono voznikaet v maloi oblasti. Nalichie moshnogo rentgenovskogo izlucheniya kvazarov i aktivnyh yader galaktik svidetel'stvuet o proishodyashih tam grandioznyh processah, svyazannyh s nagrevom gaza do temperatury poryadka sotni millionov gradusov. Po-vidimomu, chast' rentgenovskogo izlucheniya ne svyazana s goryachei plazmoi, a sozdaetsya relyativistskimi elektronami, vzaimodeistvuyushimi s polem izlucheniya bol'shoi plotnosti (yavlenie Komptona). V nastoyashee vremya, kombiniruya tol'ko rentgenovskie i opticheskie nablyudeniya, udalos' otkryt' ryad novyh kvazarov. Eto naglyadno demonstriruet, chto "pronikayushaya" sposobnost' rentgenovskoi astronomii mozhet byt' dazhe vyshe, chem u radioastronomii.

Nakonec, v poslednee vremya polucheny pervye dannye o gamma-izluchenii nekotoryh vnegalakticheskih ob'ektov (naprimer, 3S 273, NGC 5128, NGC 4151). Issledovaniya v etoi vazhnoi oblasti tol'ko nachinayutsya.

4. Aktivnost' galakticheskih yader i kvazarov

Otkrytie peremennosti opticheskogo i radioizlucheniya kvazarov i galakticheskih yader imelo principial'noe znachenie v razvitii nashih predstavlenii o Vselennoi. Esli do etogo galaktiki rassmatrivalis' tol'ko kak kollektiv zvezd, svyazannyh siloi vsemirnogo tyagoteniya, to teper' stalo ochevidnym, chto priroda ustroena znachitel'no slozhnee i bogache. Postepenno astronomy i fiziki osvoilis' s mysl'yu, chto v central'nyh oblastyah galaktik, tochnee, v okrestnosti ih yader, proishodyat svyazannye s ogromnym vydeleniem energii processy, o sushestvovanii kotoryh ran'she i ne podozrevali. Tochnee vyrazhayas', v yadrah bol'shinstva galaktik imeyutsya kakie-to osobennosti, "singulyarnosti". Vyyasnenie etih osobennostei yavlyaetsya seichas odnoi iz vazhneishih, poka eshe okonchatel'no ne reshennyh, problem astronomii. Kak zhe proishodilo razvitie nashih predstavlenii o prirode etih "singulyarnostei"?

V 1955 g. avtor etoi stat'i dal ob'yasnenie izvestnomu eshe s 1918 g. yavleniyu, desyatiletiya ne privlekavshemu vnimaniya. V znamenitoi ellipticheskoi galaktike NGC 4486, o kotoroi neodnokratno shla rech' vyshe, nablyudaetsya udivitel'noe obrazovanie - yarkii "vybros", sostoyashii iz neskol'kih vytyanutyh v odnu liniyu kondensacii - "uzlov". Protyazhennost' vybrosa - 20", chto sootvetstvuet proekcii ego dliny na ploskost', perpendikulyarnuyu luchu zreniya, okolo 5000 svetovyh let. Mnoyu bylo vyskazano predpolozhenie, chto yarkoe opticheskoe izluchenie "vybrosa" obuslovleno ne zvezdami ili tumannostyami (kak molchalivo prinimalos' togda vsemi specialistami), a relyativistskimi elektronami, dvizhushimisya v magnitnyh polyah. Drugimi slovami, "vybros" izluchaet v opticheskih luchah sinhrotronnym mehanizmom. V etom otnoshenii on vpolne analogichen Krabovidnoi tumannosti, priroda izlucheniya kotoroi za dva goda do etogo byla ob'yasnena analogichnym obrazom. No esli predlozhennyi mehanizm opticheskogo izlucheniya "vybrosa" spravedliv, ono dolzhno byt' lineino polyarizovano, chto i bylo predskazano nami. Cherez god eto predskazanie teorii bylo polnost'yu podtverzhdeno nablyudeniyami, vypolnennymi v SShA na samom bol'shom (togda) 5- metrovom reflektore Maunt Palomar. Tem samym spravedlivost' predlozhennoi gipotezy byla dokazana. No eto oznachaet, chto iz yadra NGC 4486 vybrasyvaetsya nekotoraya substanciya, v konechnom itoge yavlyayushayasya prichinoi nablyudaemogo sinhrotronnogo izlucheniya. Sledovatel'no, tam proishodyat kakie-to processy, soprovozhdayushiesya bol'shim vydeleniem energii.

Cherez tri goda V.A.Ambarcumyan na ocherednom Sol'veevskom kongresse sformuliroval obshee polozhenie ob aktivnosti galakticheskih yader, ne konkretiziruya mehanizma etoi aktivnosti. Otkrytie peremennosti opticheskogo i radioizlucheniya kvazarov i yader galaktik (sm. vyshe) podvelo prochnuyu osnovu pod yavlenie ih aktivnosti.

Kvazary pochti navernyaka predstavlyayut soboi "gipertrofirovanno- aktivnye" yadra massivnyh ellipticheskih galaktik. Spravedlivost' etogo vazhneishego dlya vsei problemy utverzhdeniya osnovyvaetsya, prezhde vsego, na nedavnem otkrytii u neskol'kih blizhaishih kvazarov zvezdnoi komponenty galaktik, v kotorye oni "pogruzheny". Dlya bolee udalennyh kvazarov (dazhe dlya 3S 273) ochen' trudno vydelit' sootvetstvuyushuyu galaktiku, tak kak svet ot kvazara (moshnost' izlucheniya kotorogo v sotnyu raz prevoshodit moshnost' izlucheniya vseh zvezd galaktiki) "zabivaet" izluchenie zvezd. "Yaderno-galakticheskaya" priroda kvazarov podtverzhdaetsya takzhe bol'shim shodstvom krupnomasshtabnoi struktury radiogalaktik i kvazarov (sm. vyshe).

Dlya issledovaniya tonkoi prostranstvennoi struktury yader radiogalaktik i kvazarov reshayushee znachenie imeet metod radiointerferometrii na nesvyazannyh kabelem antennah, raznesennyh na ogromnye, zachastuyu mezhkontinental'nye, rasstoyaniya. Etot metod byl predlozhen eshe v 1963 g. sovetskimi radioastronomami i spustya neskol'ko let realizovan amerikancami. Razreshayushaya sposobnost' radiointerferometra opredelyaetsya v etom sluchae otnosheniem dliny volny prinimaemogo izlucheniya k rasstoyaniyu mezhdu antennami. Ona mozhet dostigat' odnoi tysyachnoi sekundy - v sotni raz prevoshodya razreshayushuyu sposobnost' opticheskih teleskopov. Odnako interpretaciya dannyh nablyudenii ne vsegda byvaet odnoznachnoi.

S pomosh'yu etoi metodiki byla obnaruzhena peremennost' radiostruktury samyh vnutrennih oblastei kvazarov i radiogalaktik. Sama struktura, kak pravilo, soderzhit vytyanutye vdol' nekotoroi linii detali, prichem napravlenie vytyanutosti obychno pochti sovpadaet s os'yu znachitel'no bolee krupnomasshtabnyh strukturnyh detalei (naprimer, pryamoi, soedinyayushei protyazhennye komponenty dvoinogo istochnika).

Ris.4. Dvoinoi radioistochnik 3S 236.

Takoe sovpadenie nevol'no porazhaet voobrazhenie. Na ris.4 privedena krupnomasshtabnaya struktura dvoinogo radioistochnika 3S 236. Rasstoyanie mezhdu krayami protyazhennyh komponent ravno pochti 1^o, chto sootvetstvuet lineinomu rasstoyaniyu 2,3 megaparsek. U etogo istochnika nablyudaetsya i melkomasshtabnaya struktura poryadka dolei parseka s tem zhe napravleniem vytyanutosti. Naglyadno eto vidno na ris.5, gde privedeno radioizobrazhenie istochnika NGC 6251 v dvuh masshtabah. Otnoshenie razmerov struktur, pokazyvayushih prakticheski odinakovuyu vytyanutost', » 10⁶:1! Proshe vsego eto mozhno ponyat', polagaya, chto vybros radioizluchayushei substancii iz malogo yadra proishodit v dvuh diametral'no protivopolozhnyh napravleniyah vdol' nekotoroi fiksirovannoi v prostranstve osi, kotoruyu estestvenno svyazat' s os'yu vrasheniya yadra.

Ris.5. Radiovybros v galaktike NGC 6251. Privedeny dva masshtaba. Krestikom oboznacheno polozhenie centra opticheskoi galaktiki

Osobyi interes predstavlyayut uzkie ochen' dlinnye "vybrosy". V otdel'nyh sluchayah eti vybrosy obladayut gigantskoi protyazhennost'yu, prevyshayushei megaparsek (ris.5). Kak mozhno predstavit' sebe, chto veshestvo v takom obrazovanii v techenie mnogih millionov let pochti ne "raspolzaetsya"? Chto ego sderzhivaet? Dlya ponimaniya prirody "vybrosov" nuzhno obratit' vnimanie na mezhgalakticheskuyu sredu, cherez kotoruyu oni prohodyat. Nado predstavit', chto cherez etu sredu dvizhutsya so sverhzvukovoi skorost'yu sgustki namagnichennoi plazmy, vybroshennye kakim-to obrazom iz oblasti yadra galaktiki v napravlenii ego osi vrasheniya. Sperva eti sgustki pod vliyaniem vnutrennego davleniya rasshiryayutsya do teh por, poka vneshnee "dinamicheskoe" davlenie (ravnoe polovine proizvedeniya plotnosti okruzhayushei sgustok sredy na kvadrat ego skorosti) ne uravnovesit vnutrennee davlenie, posle chego sgustok uzhe ne budet rasshiryat'sya. Vnutrennee davlenie sostoit iv treh chastei: obyknovennogo gazovogo davleniya, proporcional'nogo temperature i plotnosti sgustka, davleniya magnitnogo polya i kosmicheskih luchei. Poslednie dve sostavlyayushie mogut igrat' osnovnuyu rol'. Kogda sgustki zatormozyatsya vneshnei sredoi, oni nachnut rasshiryat'sya, postepenno rastvoryayas' v etoi srede. Nabrosannaya seichas kartina, konechno, ochen' gruba i mozhet sluzhit' tol'ko "scenariem" slozhnyh fizicheskih processov, svyazannyh s rasprostraneniem v metagalakticheskoi srede radioizluchayushego agenta, po kakim-to prichinam, kakim-to obrazom vybrasyvaemogo iz aktivnogo yadra.

Chto zhe mozhno v nastoyashee vremya skazat' o mezhgalakticheskoi srede? Eshe nedavno eto byla "terra incognita". Odnako v poslednie gody polozhenie korennym obrazom izmenilos'. My uzhe upominali vyshe ob otkrytii rentgenovskogo izlucheniya ot skoplenii galaktik. Seichas predstavlyaetsya dokazannym, chto prichinoi etogo izlucheniya yavlyaetsya mezhgalakticheskii gaz v skoplenii, nagretyi do temperatury 100 millionov gradusov. Ob etom ubeditel'no svidetel'stvuet hotya by obnaruzhenie v rentgenovskom spektre skoplenii galaktik linii dvadcati- pyatikratno ionizovannogo zheleza - edinstvennogo rasprostranennogo elementa, kotoryi ne polnost'yu ionizuetsya pri takoi vysokoi temperature. Analiz intensivnosti rentgenovskogo izlucheniya ot skopleniya galaktik privodit k vyvodu, chto koncentraciya mezhgalakticheskoi plazmy tam » 10^-3-10^-4 ionov na kubicheskii santimetr. Kak pokazyvayut raschety, takaya koncentraciya vpolne dostatochna, chtoby uderzhat' vybroshennye radiogalaktikami "sgustki" ot polnogo rasplyvaniya. Sleduet, odnako, zametit', chto astronomy tol'ko nachinayut izuchenie mezhgalakticheskogo gaza i predstoit eshe ochen' mnogo sdelat' v etoi oblasti. V chastnosti, zhelatel'no bylo by imet' bol'shuyu informaciyu o mezhgalakticheskih magnitnyh polyah i o vzaimodeistvii "sgustkov" s nevozmushennoi mezhgalakticheskoi sredoi.

Obrashaet na sebya vnimanie sleduyushee obstoyatel'stvo. V to vremya, kak protyazhennye radiooblaka u radiogalaktik i kvazarov nablyudayutsya po obo storony ot "materinskogo" opticheskogo ob'ekta, vybrosy ochen' chasto nablyudayutsya s odnoi storony ot yadra. Klassicheskim primerom yavlyaetsya znamenityi vybros NGC 4486, o kotorom rech' shla vyshe. V 1974 g. my predlozhili gipotezu, ob'yasnyayushuyu odnostoronnost' etogo vybrosa. Predpolagaetsya, chto iz yadra radiogalaktiki vybrasyvayutsya namagnichennye sgustki plazmy so skorost'yu, dovol'no blizkoi k skorosti sveta c. Vybrasyvanie proishodit v dvuh diametral'no protivopolozhnyh napravleniyah pod sravnitel'no nebol'shim uglom k luchu zreniya, skazhem, 15-20^o. Togda, na osnovanii relyativistskogo effekta Doplera, potok izlucheniya ot sgustka, idushego v napravlenii na nablyudatelya, budet v sotni raz bol'she potoka ot udalyayushegosya sgustka. Pri takoi situacii udalyayushiisya sgustok nel'zya budet nablyudat'. Takim obrazom, po etoi gipoteze, odnostoronnost' "sgustkov" ob'yasnyaetsya ochen' vysokimi skorostyami ih vybrosa iz yadra.

Prilozhenie etoi idei k issledovaniyu variacii "mikrostruktury" kvazarov i radiogalaktik otkrylo vozmozhnost' dlya ob'yasneniya uzhe dovol'no davno izvestnogo udivitel'nogo yavleniya, privlekavshego k sebe vnimanie radioastronomov. Bylo zamecheno, chto v ryade sluchaev (naprimer, u kvazarov 3S 345, 3S 279, radiogalaktiki 3S 120 i nekotoryh drugih ob'ektov) rasstoyanie mezhdu komponentami uvelichivaetsya. Iz izmerennoi na mezhkontinental'nyh radiointerferometrah uglovoi skorosti rasshireniya komponent (poryadka neskol'kih millisekund dugi v god!) poluchalsya neozhidannyi vyvod, chto lineinaya skorost' razleta komponent v neskol'ko raz prevyshaet skorost' sveta! Popytka "revizovat'" rasstoyaniya do istochnikov v smysle ih sushestvennogo umen'sheniya, chto proporcional'no umen'shilo by lineinye skorosti razleta, okazalis' yavno nesostoyatel'nymi. Vmeste s tem, net nikakih osnovanii somnevat'sya v spravedlivosti special'nogo principa otnositel'nosti. Angliiskie radioastronomy Shoier i Ridhid v 1978 g. primenili k etoi zadache model' vybrasyvaniya radioizluchayushih sgustkov pod malym uglom k nablyudatelyu i ubeditel'no pokazali, chto poslednii budet videt' kazhushuyusya skorost' razleta, prevyshayushuyu c tem bol'she, chem bol'she skorost' sgustkov i men'she ugol mezhdu vektorom ih skorosti i luchom zreniya. Eto dazhe ne effekt special'noi teorii otnositel'nosti, a tol'ko sledstvie konechnosti skorosti rasprostraneniya sveta. Soglasno etoi kartine bol'shinstvo kvazarov ne nablyudayutsya, kak istochniki radioizlucheniya, potomu chto oni vybrasyvayut sgustki pod dovol'no znachitel'nymi uglami k nablyudatelyu. Vse zhe eto ob'yasnenie trebuet podtverzhdeniya putem novyh precizionnyh interferencionnyh nablyudenii.

My teper' podhodim k osnovnomu voprosu: kakova priroda teh moshnyh mashin, kotorye nahodyatsya v yadre galaktiki i kvazarov i yavlyayutsya prichinoi aktivnosti poslednih? Nado pryamo skazat', chto eta osnovnaya problema vnegalakticheskoi astronomii poka eshe daleka ot okonchatel'nogo resheniya. Vse zhe puti k takomu resheniyu uzhe namecheny.

Pervoprichinoi vseh teh udivitel'nyh yavlenii, kotorye proishodyat v galakticheskih yadrah i kotorye soprovozhdayutsya grandioznym vydeleniem energii, dolzhno byt' nalichie ves'ma massivnogo ( » 10⁸-10¹⁰ solnechnyh mass) kompaktnogo tela s razmerami, ne prevyshayushimi 0,1 svetovogo goda. Imenno takova verhnyaya granica "tochechnogo" radioistochnika, nahodyashegosya v yadre NGC 4486. Na eto sverhmassivnoe telo natekaet iz central'nyh oblastei galaktiki gaz, obrazuya vokrug nego sil'no uploshennyi vrashayushiisya namagnichennyi massivnyi disk. Otdel'nye strui veshestva padayut na disk, chto privodit k vydeleniyu ogromnogo kolichestva potencial'noi energii, idushei na nagrev diska do ochen' vysokih temperatur, vybrasyvaniyu s bol'shoi skorost'yu sgustkov plazmy za predely yadra i generacii ogromnogo kolichestva relyativistskih chastic. Takim obrazom, pervichnym istochnikom energii kvazarov i aktivnyh yader dolzhna byt' energiya gravitacionnogo vzaimodeistviya central'nogo, kompaktnogo tela i padayushei na nego plazmy. Vpolne vozmozhno, chto horoshei model'yu proishodyashih pri etom yavlenii mozhet sluzhit' nedavno otkrytyi galakticheskii ob'ekt SS 433, okazavshiisya "zvezdnym" ostatkom vspyshki sverhnovoi. V etom sluchae spektroskopicheski nablyudayutsya vybrosy sgustkov plazmy, dvizhushihsya s ogromnoi skorost'yu (0,27 c) v diametral'no protivopolozhnyh napravleniyah po obe storony ot uploshennogo gazovogo diska, obrazuyushegosya vokrug kompaktnogo ob'ekta, skoree vsego, neitronnoi zvezdy.

Kakova zhe priroda kompaktnyh ob'ektov, voznikayushih v yadrah gigantskih ellipticheskih galaktik? Bol'shinstvo issledovatelei schitaet, chto takimi ob'ektami dolzhny byt' sverhmassivnye chernye dyry, obrazuyushiesya v central'nyh oblastyah galaktik v processe evolyucii poslednih. Vpervye takuyu ideyu vyskazali eshe v 1964 g. Ya.B.Zel'dovich i I.D.Novikov. V nastoyashee vremya imeetsya ochen' bol'shoe kolichestvo rabot, posvyashennyh etoi probleme, k sozhaleniyu, kak pravilo, - chisto teoreticheskih. Chernye dyry bol'shoi massy v yadrah galaktik, gde zvezdnaya plotnost' mozhet v milliardy raz prevoshodit' zvezdnuyu plotnost' v okrestnostyah Solnca, mogut obrazovyvat'sya raznymi sposobami. Naprimer, obrazuyushiesya v rezul'tate evolyucii ves'ma massivnyh zvezd chernye dyry s massoi v neskol'ko desyatkov solnechnyh mass, mogut putem nepreryvnogo "zaglatyvaniya" okruzhayushego veshestva postepenno uvelichivat' svoyu massu do "nuzhnyh" znachenii. Mozhno takzhe predstavit' stolknoveniya mezhdu chernymi dyrami, vedushie k obrazovaniyu chernyh dyr bol'shei massy. Pri ogromnoi zvezdnoi plotnosti takie stolknoveniya dolzhny byt' dostatochno chasty.

Obrazovavshayasya sverhmassivnaya chernaya dyra sama po sebe ne mozhet byt' istochnikom energii. Dlya "vyrabotki" energii ee nuzhno "pitat'", a pitat'sya chernaya dyra mozhet tol'ko blagodarya padeniyu na nee veshestva. Takoi process v astrofizike nazyvaetsya "akkreciei". Otkuda zhe boretsya "pisha" dlya "kormleniya drakona", to-bish' chernoi dyry? Svyshe 10 let nazad avtor etoi stat'i vydvinul ideyu, chto takim istochnikom mozhet byt' tol'ko gaz, teryaemyi zvezdami v processe ih evolyuciya na stadii krasnyh gigantov, glavnym obrazom putem obrazovaniya planetarnyh tumannostei. Osobenno effektivnym takoi process dolzhen byt' u gigantskih ellipticheskih galaktik, kotorye obychno ochen' medlenno vrashayutsya vokrug svoih osei, chto blagopriyatstvuet pritoku vybroshennogo iz zvezd gaza v central'nye oblasti galaktiki.

Na zare razvitiya radioastronomii amerikanskimi astronomami Baade i Minkovskim byla vydvinuta gipoteza "stalkivayushihsya galaktik" kak prichiny obrazovaniya radiogalaktik. V tom vide, v kotorom ona byla predlozhena, eta gipoteza okazalas' ne v sostoyanii ob'yasnit' prirodu radiogalaktik. V nashi dni, spustya bolee chem chetvert' stoletii, my nablyudali svoeobraznyi vozvrat k etoi gipoteze. Okazalos', chto fenomen "stolknoveniya" ves'ma rasprostranen sredi radiogalaktik. Tak, naprimer, iz treh blizhaishih k nam radiogalaktik dve (NGC 5128 i NGC 1316) sleduet rassmatrivat' kak nahodyashiesya v processe stolknoveniya, vernee, "slipaniya" dvuh komponent. V literature seichas ozhivlenno obsuzhdaetsya "kannibalizm" v mire galaktik, kogda odna kak by "pogloshaet" druguyu. Etot process osobenno yarko vyrazhen u NGC 5128 (sm. ris.2 ), gde takoe slipanie privelo k "usilennomu pitaniyu" nahodyasheisya vnutri sferoidal'nogo komponenta massivnoi chernoi dyry. Po- vidimomu, po etoi prichine tochechnyi istochnik vnutri NGC 5128 otlichaetsya vysokoi aktivnost'yu, osobenno v diapazone millimetrovyh voln, a takzhe v rentgenovskom diapazone. Tret'ya iz blizhaishih galaktik - NGC4486 - predstavlyaet soboi isklyuchitel'no massivnyi (v 100 raz bolee massivnyi, chem nasha Galaktika) odinochnyi ob'ekt. No zato u nas nedavnie issledovaniya obnaruzhili vtekanie mezhzvezdnogo gaza v oblast' yadra, chto naglyadno demonstriruet "spokoinoe kormlenie" nahodyashegosya tam "drakona" gazom, vybroshennym proevolyucionirovavshimi zvezdami.

My vidim, takim obrazom, chto sovremennaya astronomiya, ispol'zuyushaya ves' diapazon elektromagnitnyh voln - ot radio- do gamma- - "vplotnuyu" podoshla k ponimaniyu vazhneishei uvlekatel'neishei problemy aktivnosti galakticheskih yader. Odnako mnogie detali etoi ves'ma razvetvlennoi oblasti metagalakticheskoi astronomii eshe dolgie gody budut ob'ektom kropotlivyh i trudoemkih issledovanii.

("Zemlya i Vselennaya", 1982, N 4. S.190-195.)

V nachalo stranicy

Oglavlenie

Novelly i stat'i

Publikacii s klyuchevymi slovami: personalii - Shklovskii Publikacii so slovami: personalii - Shklovskii
Sm. takzhe: K 100-letiyu E.B. Kostyakovoi «Kak bezzakonnaya kometa…» Ushel iz zhizni Shiv'ev Valerii Ivanovich, pedagog, mnogoletnii avtor Astroneta Ushel iz zhizni Boris Grigor'evich Pshenichner Risunki I.S. Shklovskogo Skonchalsya Edvard Vladimirovich Kononovich N.I.Shakura i R.A.Syunyaev – laureaty Gosudarstvennoi premii RF Vse publikacii na tu zhe temu >>

Mnenie chitatelya [1]

Versiya dlya pechati

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce