книги из ГПНТБ / Шама Д.В. Современная космология

ПО ГЛАВА 5

излучают посредством синхротронного механизма, то самопоглощение проявляется в радиоспектре в области низких частот, где будет наблюдаться завал . Напротив,

отсутствие низкочастотного з а в а л а дает верхний предел температуры поверхности источника. При данной плот­ ности потока это даст нижний предел углового диаметра.

0,78 г

радиопеременности квазаров.

Другими словами, если неизменный поток будет из­ лучаться во все меньший телесный угол, то поверхност­ ная яркость будет расти до тех пор, пока не наступит самопоглощение.

Именно по отсутствию наблюдаемого самопоглоще­

из характерного времени вариаций радиоизлучения сле­ дует, что угловой диаметр области переменности не больше 0,001". Было предложено несколько объяснений этого расхождения .

состоит в том, что размеры области переменности значи­ тельно меньше 0,001" и там в самом деле имеет место самопоглощение. Однако оно никак не проявилось бы в наблюдаемом спектре, так как излучение более про­ тяженной, непеременной части источника замаскировало бы эффект самопоглощения. Возможно, в таком объяс­ нении содержится значительная доля истины, поскольку недавние наблюдения на интерферометре с межконти­ нентальной базой подтвердили, что в ЗС 273В в самом

гораздо больше, чем получается из характерного времени

случае область переменности имеет размеры, опреде­ ляемые характерным временем вариаций, и трудностей, связанных с самопоглощением, не возникает. Эту локальную гипотезу мы рассмотрим позднее.

1966 г., в отличие от 1965 г., не был богат событиями. Было отождествлено много квазаров и получено много красных смещений, но не было сделано никаких каче­ ственно новых открытий. Наиболее удивительным было открытие необычного поведения ЗС 446 в оптическом

112 ГЛАВА 5

оптической области нет проблемы, аналогичной отсут­ ствию самопоглощения. Правда, такие вариации указыва­ ют иа малые размеры областей и столыінтенсивные поля излучения, что возникают интересные вопросы о процес­ сах, подобных обратному эффекту Комптона (гл. 15). Тогда сразу ж е возникают вопросы, касающиеся строе­ ния квазаров и не относящиеся к теме этой книги, и по­ этому, как это ни ж а л ь , мы не будем их рассматривать.

Самым важным открытием в 1966 г. было обнаруже­ ние в оптических спектрах нескольких квазаров линий поглощения. Точнее, одна линия поглощения была най­ дена в спектре BSO-1 в 1965 г., но первым объектом с многими линиями поглощения был ЗС 191, который изу­ чался Бербиджами, Линдсом и Стоктоном. В настоящее время известно много источников с линиями поглоще­ ния. Попытки отождествить эти линии привели к совер­ шенно новой проблеме, а именно: некоторые абсорбцион­ ные спектры можно объяснить только гипотезой, что в одном спектре присутствует одновременно несколько красных смещений. Наиболее очевидная интерпретация этого факта — квазар выбросил несколько оболочек по­ глощающего вещества, относительные скорости которых и дают наблюдаемые красные смещения. В некоторых случаях эти относительные скорости были бы близки к скорости света. Однако часто линии поглощения очень узки, а это указывает на малый разброс скоростей в пределах каждой оболочки. Другая особенность, кото­

ние является стандартной величиной, связанной с какимто неизвестным механизмом. Несмотря на некоторые интересные гипотезы, эта проблема остается нерешен­ ной. Кроме того, с 1966 г. не было открыто почти ничего качественно нового. В настоящее время мы сильно нуж­ даемся в более систематических данных о квазарах . По-, лучение таких данных критически зависит от более эф ­ фективных методов поиска квазаров. Метод поиска по ультрафиолетовому избытку на двухцветной диаграмме слишком неэкономный, так как не позволяет достаточно

голубых звезд, получая дополнительно снимки в близких инфракрасных лучах, так как в инфракрасных лучах квазары, по-видимому, намного ярче белых карликов. Этим методом можно выявить многие сотни квазаров,

эти данные наблюдений. Первый вопрос, естественно, должен быть следующий: какой объект можно назвать квазаром? На подобные вопросы, которые касаются классификации, в астрономии часто трудно ответить, по­

шающими . Подобно радиогалактикам, встречаются ква­ зары, которые являются иногда одиночными радиоисточ­ никами, иногда двойными и, возможно, кратными. Их радиоизлучение может быть сильным или слабым, по­ ляризованным или негюляризованным. Решающими, по-

щим, потому что в некоторых случаях оптическое изо­ бражение имеет едва различимую структуру. Кроме того, малые размеры объекта нельзя брать за основу,

так и от размеров телескопа. Следующее свойство, из которого можно было бы исходить, — это ультрафиоле­ товый избыток, однако очень скоро мы увидим, что у квазаров с красным смещением около 3, если такие существуют, его может и не быть,

1 14 ГЛАВА 5

Вместо того чтобы пытаться разрешить эту проблему (которая, пожалуй, и не имеет решения), мы лучше под­ черкнем то свойство известных нам квазаров, из-за ко­ торого они столь ценны для космологии. Это свойство — их колоссальная оптическая светимость, превосходящая, как мы видели, в сотни раз светимость ярчайших галак­ тик. Это позволяет обнаруживать квазары и изучать их оптические спектры, д а ж е когда они находятся на рас­ стояниях, значительно превышающих расстояния до самых далеких из известных нам галактик. Можно, та­

что будут найдены красные смещения, значительно пре­ восходящие известные до сих пор? Второй: можно ли быть уверенным, что красные смещения вызваны рас­ ширением Вселенной и, следовательно, являются непо­ средственно мерой расстояний?

Первый вопрос, часто формулируют так: почему до сих пор не обнаружены красные смещения больше 3?

щением 2,36. Есть еще несколько квазаров, у которых красное смещение превосходит' 2. Все эти источники отнюдь не настолько слабы в оптическом или в радио­ диапазоне, чтобы их нельзя было бы обнаружить, имей

1. Первые квазары, возможно, образовались в про­ цессе эволюции Вселенной в эпоху в прошлом, которая соответствует красному смещению 2,5.

жет быть, и существуют, но вследствие очень большого красного смещения вся ультрафиолетовая область, ве­ роятно, переместилась в красную область спектра. По­ скольку ультрафиолетовый избыток используется для отбора кандидатов для спектрального исследования, объекты с большим красным смещением будут отбро­ шены. Если такое объяснение верно, то метод поиска квазаров по инфракрасному избытку, предложенный Брачези, может успешно применяться для красных сме­ щений больше 2,5, хотя в настоящее время он очень неэффективен, если дополнительно для отбора кандида­

дальние края скоплений, которые до сих пор наблюда­ лись, могут иметь красное смещение 2,5, а красные сме­ щения передней границы еще более далеких скоплений должны уже составлять, скажем, 3,5.

4. Резкое уменьшение числа квазаров с красным смещением больше 2,5 может быть вызвано поглоще­ нием межгалактическим водородом, если предположить, что водород был слабее ионизирован в более ранние

зывают на то, что квазары были выброшены из срав­ нительно близкой области или нескольких областей в результате грандиозного взрыва.

щее время общепринята. Тем не менее от понимания

принимать всерьез 4-е предположение, хотя Арп и утвер­ ждает, что он нашел некоторые доказательства, подтверж­ дающие его. Арп проанализировал связь между поло­ жениями квазаров и пекулярных галактик, имеющих совершенно другое красное смещение. Он утверждает, что обнаружил значительную корреляцию, и выдвигает предварительное объяснение, что действует неизвестный закон физики. Однако статистическое рассмотрение Арпа вызвало сомнения у других исследователей и не является общепринятым.

Против 3-й гипотезы гравитационного красного сме­ щения есть аргументы двух сортов. Первые относятся к структуре объекта. Трудно построить детальную мо­ дель источника, которая находилась бы в согласии с на­ блюдениями и одновременно приводила бы к требуемому гравитационному красному смещению. К подобным

с гравитационным красным смещением. Наиболее убе­ дительный аргумент такого рода впервые выдвинули

Хойл и Фаулер нашли возможный путь обойти этот ар­

О д н а ко против гравитационного красного смещения есть доводы, не связанные со строением квазаров, ко­

предполагает, что квазары были выброшены из нашей Галактики или из одной из ближайших галактик в результате грандиозного взрыва. Эту гипотезу предло­ ж и л Террелл; ее поддерживают Бербиджи и Хойл. Аргу­ менты, связанные со структурой квазаров, свидетель­ ствуют как за, так и против этой гипотезы, однако по изложенным выше причинам мы их здесь не рас­

ванное положение, так и потому, что нет никаких осно­

ние было бы привилегированным в совершенно неприем­ лемом смысле, а именно, что только очень немногие га­ лактики все время окружены квазарами . В астрономии вероятностные аргументы могут быть опасными; и если только не будет показано, что есть какая-то связь между квазарами и развитием жизни, то неприемлемое след­ ствие из локальной гипотезы состоит в том, что мы жи ­ вем в одной из тех редких галактик, которая окружена квазарами .

Первый из этих аргументов — полное отсутствие у квазаров фиолетовых смещений. Было бы понятно, что квазары, выброшенные из нашей и, возможно, из бли­ жайших соседних галактик, могли бы так далеко

1 18 ГЛАВА 5

улететь к настоящему моменту, что всех их мы видим удаляющимися . Однако для квазаров из какой-нибудь

благодаря фиолетовому смещению источники были бы более яркими в радио- и в оптическом диапазонах, оказывается, что если бы источники, выброшенные да­

фиолетовых смещений к числу красных будет приблизи­

дествленных радиоисточников. Отсюда следует, что са­ мая близкая галактика, у которой квазары еще при­ ближаются к нам, должна находиться так далеко, что ее квазары слишком слабы, чтобы их можно было на­ блюдать. Тогда галактики, окруженные квазарами, бу­ дут чрезвычайно редки.

вышать наблюдаемый внегалактический радиофон. Если все галактики окружены квазарами так, как ими окру­ жена, согласно локальной гипотезе, наша Галактика, то это условие нарушается. Опять мы заключаем, что га­ лактики, окруженные квазарами, очень редки.

По-видимому, гипотеза о космологической природе красного смещения ближе всего к истине, и далее мы будем ее придерживаться.

ГЛ А В \ 6

ПО Д С Ч Е Т Ы Р А Д И О И С Т О Ч Н И К О В

ников несовместимы с предложенной Бондн, Голдом и Хойлом теорией «стационарной Вселенной», в которой происходит непрерывное творение материи (стр. 157). Это утверждение положило начало большой полемике, отзвуки которой можно еще услышать и сегодня. В этой главе мы попытаемся дать беспристрастную оценку со­ временной ситуации, предупредив, однако, читателя, что

луй, слов «локальная теория квазаров». Поэтому спе­

Из подсчетов определяется число N{S) радиоисточ­ ников в единице телесного угла, плотность потока ко­ торых, измеренная на рабочей частоте радиотелескопа, превышает 5. Как мы увидим, зависимость между N и S, ожидаемая в случае однородного распределения ста­ ционарных источников, имеет вид

A / c c S - 3 / 2 .

Можно ожидать, что график, по осям которого отло­ жены величины l g N и l g S, будет прямой линией с на­ клоном —3 І2- Как мы далее увидим, если учесть красное